جوانان ایران زمین

غریب تو ی غربت

غنی سازی اورانیوم

سانتریفیوژ دستگاهی است که برای جدا سازی مواد از یکدیگر بر اساس وزن آنها استفاده می شود. این دستگاه مواد را با سرعت زیاد حول یک محور به گردش در می آورد و مواد متناسب با وزنی که دارند از محور فاصله می گیرند.

در واقع در این روش برای جدا سازی مواد از یکدیگر از شتاب ناشی از نیروی گریز از مرکز استفاده می گردد، کاربرد عمومی این دستگاه برای جداسازی مایع از مایع و یا مایع از جامد است.

سانتریفیوژ هایی که برای غنی سازی اورانیوم استفاده می شود حالت خاصی دارند که برای گاز تهیه شده اند که به آنها Hyper-Centrifuge گفته می شود. پیش از آنکه دانشمندان از این روش برای غنی سازی اورانیوم استفاده کنند از تکنولوژی خاصی بنام Gaseous Diffusion به معنی پخش و توزیع گازی استفاده می کردند.

http://samir.persiangig.com/image/enrichment-process1.jpg

Gaseous Diffusion
در روش Gaseous Diffusion، گاز هگزافلوراید اورانیوم (UF6) را با سرعت از صفحات خاصی که حالت فیلتر دارند عبور داده می شود و طی آن این صفحات می توانند به دلیل داشتن منافذ و خلل و فرج زیاد تا حدی می توانند اوانیوم 235 را از 238 جدا کنند. (به شکل بالا دقت کنید)

در این روش با تکرار استفاده از این صفحات فیلتر مانند، بصورت آبشاری (Cascade)، میزان اورانیوم 235 را به مقدار دلخواه بالا می بردند. این روش اولین راهکارهای صنعتی برای غنی سازی اورانیوم بود که کابرد عملی پیدا کرد.

Gaseous Diffusion از جمله تکنولوژی هایی بود که ایالات متحده طی جنگ جهانی دوم در پروژه ای بنام منهتن (Manhattan) برای ساخت بمب هسته ای، با کمک انگلیس و کانادا به آن دست پیدا کرد.

نمونه ای از سانتریفیوژهای گازی آبشاری که برای غنی سازی اورانیوم از آنها استفاده می شود. Hyper-Centrifuge
اما در روش استفاده از سانتریفیوژ برای غنی سازی اورانیوم، تعداد بسیار زیادی از این دستگاهها بصورت سری و موازی بکار می برند تا با کمک آن بتوانند غلظت اورانیوم 235 را افزایش دهند.


گاز هگزافلوراید اورانیوم (UF6) در داخل سیلندرهای سانتریفیوژ تزریق می شود و با سرعت زیاد به گردش در آورده می گردد. گردش سریع سیلندر، نیروی گریز از مرکز بسیار قوی ای تولید می کند و طی آن مولکولهای سنگین تر (آنهایی که شامل ایزوتوپ اورانیوم 238 هستند) از مرکز محور گردش دور تر می گردند و برعکس آنها که مولکول های سبک تری دارند (حاوی ایزوتوپ اورانیوم 235) بیشتر حول محور سانتریفیوژ قرار می گیرند.

در این هنگام با استفاده از روشهای خاص گازی که حول محور جمع شده است جمع آوری شده به مرحله دیگر یعنی دستگاه سانتریفیوژ بعدی هدایت می گردد. میزان گاز هگزافلوراید اورانیوم شامل اورانیوم 235 ای که در این روش از یک واحد جداسازی بدست می آید به مراتب بیشتر از مقداری است که در روش قبلی (Gaseous Diffusion) بدست می آید، به همین علت است که امروزه در بیشتر نقاط جهان برای غنی سازی اورانیوم از این روش استفاده می کنند.

بزرگترین دستگاههای آبشاری سانتریفیوژ در کشورهایی مانند فرانسه، آلمان، انگلستان و چین در حال غنی سازی اورانیوم هستد. این کشورها علاوه بر مصرف داخلی به صادرات اورانیوم غنی شده نیز می پردازند. کشور ژاپن هم دارای دستگاههای بزرگ سانتریفیوژ است اما تنها برای مصرف داخلی اورانیوم غنی شده تولید می کند
+ نوشته شده در  شنبه 25 آذر1385ساعت 17:50  توسط جلال  | 

Yahoo! Travel 
+ نوشته شده در  پنجشنبه 23 آذر1385ساعت 19:47  توسط جلال  | 

سایت

+ نوشته شده در  پنجشنبه 23 آذر1385ساعت 19:46  توسط جلال  | 

آشکار ساز الکترومغناطیسی

آشکار ساز الکترومغناطیسی

آشکارسازهای فروسرخ :‏

آشکارسازی در ناحیه فروسرخ مسئله مشکل تری است زیرا در طول موج های بالای حدود 13000 ‏آنگستروم ، فوتون ها انرژی کافی برای خروج الکترون از کاتد یا فعال ساختن امولسیون را ندارد. و ‏منابع نوری نیز ضعیف اند.

در طول موجی حدود 1mm آشکارسازهای بلوری روش کهموج قابل استفاده اند، لذا در اینجا فاصله ‏‏ 1μmالی 1000μm را بررسی می کنیم. آشکارسازهای گرمایی و فوتورسانا ، تقسیم بندی کرد. در هر ‏دو دسته ، جواب حاصل متناسب با توان جذبی w است. با این تفاوت که آشکارسازهای گرمایی ‏آهنگ انرژی جذب شده را مستقل از طول موج آن اندازه می گیرند. در صورتی که آشکارسازهای ‏فوتورسانا ، مانند تکثیرکننده های فوتون ، میزان جذب فوتون ها را اندازه می گیرند. ‏

بنابرین به طور مطلوب ، جواب آنها برای یک توان مطلوب در گستره حساسشان ، به طور خطی با ‏طول موج افزایش می یابد. این دو نوع از لحاظ زمان تغییرات علامت سرعت متفاوتی دارند. بصورت ‏یک دستور کلی می توان گفت که این مقدار در مقایسه با نانو ثانیه برای تکثیرکننده های فوتون ، ‏برحسب میلی ثانیه برای آشکارسازهای گرمایی ، میکرو ثانیه برای آشکارسازهای فوتورسانا اندازه ‏گیری می شود. ‏


قیاس آشکارساز فروسرخ با سایر آشکارسازها:


در مقایسه با تکثیر کننده های فوتون ، آشکارسازهای فروسرخ در طول موج های کوتاه تر هم نوفه ‏دارند و هم کندتر هستند. از آنجایی که توان تابشی منابع فروسرخ نسبتا پایین است، لذا تراز نوفه این ‏آشکارساز یک سرشتی بسیارمهم است.


آشکارسازهای گرمایی برای تمامی ناحیه فروسرخ حساس اند. ترموکوپل ها و ترموپیل ها افزایش ‏دمای حاصل از جذب تابش را به صورت نیروی محرکه الکتریکی ترموالکتریک اندازه گیری می کنند. ‏و بولومترها آن را از روی تغییر مقاومت اندازه می گیرند. بولومترها عموما بیشتر مورد استفاده اند. ‏و جهت کاهش نوفه گرمایی و افزایش حساسیت ، آنها را اغلب در دمای هلیوم مایع به کار می برند.‏


یک نوع آشکارساز نسبتا متفاوتی ، سلول گولای براساس انبساط یک گاز نادر در اثر گرمای حاصل ‏از تابش فرودی کار می کند. یکی از دیوارهای سلول کوچک حاوی گاز از یک غشای قابل انعطاف ‏باریکه نور باز تابیده ازآن دریافت می شود. سلول گولای یک مرتبه مقداری آهسته تر و ناحساس تر ‏از یک بولومتر خنک شده است. اما منیمم علامت آشکارسازی توسط آن زیاد متفاوت نیست و سلول ‏گولای دارای مزیت کار در دمای اتاق است.


سلول های فوتورسانا عبارت از نیم هادیهایی است که مقاومت الکتریکی آنها در اثر نوردهی کم می ‏شود. تغییر در مقاومت متناسب با آهنگ جذب فوتون هاست و می توان آن را به صورت یک تغییر ‏ولتاژ در دو سر یک مقاومت بار ، سری با دستگاه فوتورسانا ، اندازه گیری کرد. این ساز و کار را ‏می توان به صورت یک اثر فوتو الکتریک داخلی توصیف کرد. ‏


آشکارساز فوتونی:‏

برخلاف فوتوسل یا فوتوکاتد یک تکثیرکننده فوتونی ، فوتون ها دارای انرژی کافی برای خارج کردن ‏مستقیم الکترون ازسطح نیستند ولی آنها پایدارتر از طول موج های قطع مشخصی انرژی کافی برای ‏آزاد ساختن یک الکترون از شبکه بلور را به دست می آورند و لذا باعث افزایش تعداد الکترون ها و ‏یا حفره های آزادی می شوند که به عنوان حاملین بار عمل می کنند. این اثر با پر کردن نیمه هادی ، ‏جهت کاهش تعداد الکترون های برانگیخته گرمایی تقویت می یابد. تا این اواخر دستگاه های ‏فوتورسانا فقط می توانستند در ناحیه فروسرخ نزدیک کار بکنند. که طول موج قطع برای این بلورها ‏مانند سولفور سرب در حدود چند میکرومتر است. ‏

اما انواع جدید نیمه هادی نا خالص شده یعنی بلورهای شامل مقدار کمی از ناخالصی های برگزیده ، ‏می توانند ( در دمای هلیوم ) تا حدود 100μm کار بکنند. در واقع ، اینک معلوم شده است که آشکارسازهای bs – nI می توانند تا درون ناحیه موج میلی متری هم کار کنند. زیرا قابلیت حرکت الکترون های آزاد با جذب انرژی فوتون افزایش می یابد و این الکترون ها می توانند در دمایی بالا تر ‏از دمای بلور وجود داشته باشند. به این دلیل این آشکارسازها به آشکارسازهای با الکترون گرم ‏موسومند.‏


آشکارساز امواج فرابنفش:


علاوه بر صفحات عکاسی مخصوص و تکثیرکننده های فوتون که می توانند تا ناحیه فرابنفش به کار ‏برده شوند. برای طول موج های کمتر از حدود 1300 آنگستروم که انرژی فوتون تا حد یونیدن ‏گازهای پایدار بالاست ( E<9ev) می توان به وسیله نور آشکارسازی کرد.


برای آشکارسازی مداوم از یک اتاقک یونش استفاده می شود. اتاقک در ناحیه مسطح یا اشباع ‏منحنی جریان برحسب ولتاژ کار می کند. که در آن جریان یون مستقل از ولتاژ اتاقک بوده و متناسب ‏با شدت فرودی است.


کارآیی آشکارساز ، برحسب زوج های یون به ازای هر فوتون می تواند به سادگی تا %100‏برسد. در واقع اگر انرژی فوتون تا حد یونش مضاعف بالا باشد، ممکن است کار آیی بیشتر از این نیز ‏شود. ‏


آشکارساز گایگر مولر:‏

از آشکارسازهای پالسی یک نوعش شمارنده گایگر مولر است. فوتوالکترون اولیه حاصل از فوتون ‏فرودی شتاب داده می شود تا با برخوردهای متوالی با مولکول های گاز بهمنی را به وجود بیاورد، که ‏این تقویت گازی است. به علت نبودن مواد برای ایجاد پنجره ، استفاده از هر دو نوع مزبور در ناحیه ‏طول موج های 1040 – 300 آنگستروم مشکل است. این امر مخصوصا در مورد شمارنده گایگر یا ‏شمارنده فوتون ، که در فشارهای گاز نسبتا زیاد ( حدود 100 تور ) فلزی نازک قابل عبور می شوند ‏و از این ناحیه یک راست تا ناحیه اشعه ایکس می توان از آشکارساز مزبور استفاده کرد.

گاز به کار برده شده در طول موج های بلند معمولا اکسید نیتریک یا مولکول های مشابه است، اما در ‏طول موج های کوتاه گازهای نادر به علت بالا بودن پتانسیل یونش آنها ترجیح داده می شوند. با ‏انتخاب زیرکانه ماده پنجره و گاز محتوی می توان نقطه نقطه قطع طول موج های کوتاه و بلند را ‏طوری مرتب کرد که نوار باریکی از حساسیت به وجود آید. آشکارسازهای برگزیده ای از این قبیل ‏جایگزین طیف سنج در پاره ای از آزمایش های اختر پاراکت رها گشته است. ‏


آشکارسازی نور قطبیده:‏

آشکارسازهای نور یونش هم چنین برای اندازه گیری های شدت های مطلق و برای درجه بندی منابع ‏به صورت استانداردهای شدت در فرابنفش خلا به کار برده شده اند. اگر هر فوتون جذب شده یک ‏فوتوالکترون تولید کند، جریان خروجی یک اطاقک یونی برابر تعداد فوتون های جذبی می شود. ‏گازهای نادر این شرط را به جا می آورند. و به علاوه ضرایب جذب آنها به قدری بالاست که فشار ‏کمی از گاز برای جذب کامل کافی می باشد.

اتاقک یونی را می توان در این طریق با گازهای نادر به ترتیب کاهش وزن اتمی آنها از 1022 ‏آنگستروم ، حد یونش گزنون تا 250 آنگستروم که در آن فوتوالکترون های خروجی دارای انرژی ‏کافی برای ایجاد یونش ثانوی در هلیوم است، به کار برد. به هر حال شمارنده فوتونی می تواند در این ‏نقطه کار را به عهده گیرد. زیرا این آشکارساز به جای تعداد الکترون ها ، پالس حاصله از هر فوتون ‏جذب شده را ثبت می کند.‏
__________________
کلیک نکنید
tanha.bikas is offline   Reply With Quote
قديم 04-24-2006, 12:54 AM   #5
tanha.bikas
ایول بابا پروفشنال
 
tanha.bikas's Avatar
 
تاريخ عضويت: Feb 2006
پست ها: 777
پيش فرض آهن ربای مولکولی

فیزیکدانان دانشگاه اوهایو با همکاری دیگر دانشمندان برای اولین بار نوعی از خاصیت آهن ربایی را به نمایش درآوردند که 50 سال قبل پیش بینی شده بود. این خاصیت عبارت است از یک نوع خاص از گذار انرژی که برای اتم های موجود در یک آهن ربای کوچک روی می دهد. این نوع آهن ربا های بسیار کوچک کرومیوم ۸ (Cr8) نامیده می شوند. دانشمندان انتظار داشتند این اثر از قوانین مکانیک کوانتومی تبعیت کند، اما در عمل خواص آهن ربایی مشاهده شده، نشان از قوانین فیزیک کلاسیک داشت. قوانین کلاسیکی حرکت و انرژی را مردم در زندگی روزانه خودتجربه می کنند. این قوانین درباره اجسامی صدق می کنند که به اندازه کافی بزرگ هستند تا با چشم غیرمسلح دیده شوند. اما مکانیک کوانتومی علمی است که برهمکنش میان ذرات کوچک (در اندازه اتم) را بررسی می کند. آهن رباهای مولکولی Cr8 تا آن اندازه کوچک هستند که باید برای توصیف خواص آنها از مکانیک کوانتومی استفاده کرد. یافته های اخیر می تواند به پر شدن شکاف میان مکانیک کلاسیک و کوانتوم درباره توصیف ساختارهای ریز کمک کند.

همچنین از نتایج به دست آمده می توان برای ساخت تجهیزات آتی بر پایه نانوتکنولوژی استفاده کرد. یکی از این اهداف ساخت کامپیوتر هایی در اندازه کوچک با توان بسیار بالاست. الیور والدمن (Oliver Waldmann) از دپارتمان فیزیک دانشگاه اوهایو می گوید: این آزمایش نشان داد که می توان جنبه های مهمی از خواص مکانیک کوانتومی را با معلومات کلاسیکی درک کرد. نتایج به دست آمده توسط والدمن و همکارانش در شماره اخیر مجله فیزیکال ریو لترز (Physical Review Letters) منتشر شده است.

مولکول هایی همچون Cr8 را آهن رباهای مولکولی می نامند. این ترکیبات هر چند از تعداد کمی اتم تشکیل شده اند اما مولکول بزرگی را تشکیل می دهند. آنچه باعث ایجاد خاصیت آهن ربایی می شود اسپین الکترون های اتم است اما کل مولکول همانند یک آهن ربای مجزا عمل می کند. Cr8 شامل هشت اتم باردار کروم است که به صورت حلقه ای به هم متصل شده اند و اندازه حلقه کمتر از یک نانومتر است.

اسپین این هشت اتم به گونه ای است که چهار اتم دارای اسپین هم جهت (به عنوان مثال جهت بالا) و چهار اتم دیگر دارای اسپین در جهت مخالف (پایین) هستند. اسپین های بالا و پایین اثر هم را خنثی می کنند و باعث می شوند که Cr8 به عنوان ماده ای آنتی فرومغناطیس شناخته شود. محققان ساختارهای متشکل از اسپین بالا و پایین را به عنوان ساختار نیل (Neel) می شناسند. لوئیس نیل فیزیکدان فرانسوی در سال 1970 به خاطر کشف اثر آنتی فرومغناطیس جایزه نوبل را دریافت کرد. در سال 1952 فیزیکدان دانشگاه پرینستون و برنده جایزه نوبل فیلیپ آندرسون (Philip Anderson) پیش بینی کرد که اگر اتم ها در یک ماده آنتی فرومغناطیس اندکی از حالت تعادل اسپین های بالا و پایین خارج شوند، گذار های انرژی آنها همانند یک ساختار موج مانند خواهند بود. اما نظریه آندرسون پیشنهاد می کند که وقتی در این نوع آهن رباها، الکترون ها در پایین ترین حالت انرژی باشند نوع دومی از القا که القای نیل نامیده می شود به وقوع خواهد پیوست. این نوع از القای نیل تا به حال مشاهده نشده بود.هنگامی که والدمن در دانشگاه نورنبرگ آلمان بود اساس تئوری این تحقیق را بنا نهاده بود و دیگر همکارانش در اروپا در پی انجام آزمایش های مربوطه بودند.این قبیل آهن رباهای مولکولی با ساختار های گوناگون می توانند اثرات جدیدی را نشان دهند که یکی از آنها مشاهده القای نیل بود.

تحقیق درباره آهن رباهای مولکولی می تواند امکان استفاده از شیمی تجزیه را در شناخت خصوصیات آهن رباها فراهم کند و برخی از ویژگی هایی را که قبلاً ناشناخته بودند، معرفی کند. این روش می تواند منجر به پیدایش علوم بنیادی جدید و تکنولوژی نوینی گردد. برای انجام دادن آزمایش دانشمندان نمونه Cr8 را تا دمای چند درجه کلوین سرد کردند. در این حالت الکترون ها به احتمال زیاد در پایین ترین تراز انرژی قرار می گیرند. سپس نمونه ها را با استفاده از نوترون ها طوری بمباران کردند که الکترون ها انرژی لازم را برای بروز القای نیل کسب کنند. با انجام بسیار ماهرانه آزمایش تعدادی از اتم ها نوترون ها را جذب کردند و سیگنال های ضعیفی از اثرات انرژی پایین آشکار شد، که القای نیل هم یکی از این اثرات بود. فیزیکدانان از این جهت Cr8 را برای انجام آزمایش انتخاب کرده بودند که توانایی تولید سیگنال ضعیف را دارا بود. هنگامی که والدمن سیگنال های مربوط به سطوح انرژی را پس از انجام آزمایش بررسی می کرد، مشاهده کرد که نتیجه آزمایش با آنچه که نیم قرن پیش توسط آندرسون پیش بینی شده بود مطابقت دارد و همه چیز سر جای خودش قرار گرفته است. والدمن در این باره می گوید: من مدت زیادی امیدوار بودم که القای نیل را مشاهده کنم. این پروژه از چهار سال قبل آغاز شده بود با این حال رسیدن به جواب برای ما موفقیت و پیروزی ناگهانی بود و این نتایج بسیار هیجان انگیز بودند، زیرا با وجود آنکه القای نیل یک اثر کوانتوم مکانیکی است اما فیزیکدانان قبلی توانسته بودند آن را با استفاده از مکانیک کلاسیک تبیین کنند. این ایده می تواند در تولید نوع جدیدی از الکترونیک به کار آید.

در الکترونیک معمولی اطلاعات بر پایه کد باینری (Binory) که از صفر و یک تشکیل می شود، کدگذاری می شوند. صفر یا یک بودن که وابسته به این است که الکترون در ماده ای از قبیل سیلیکون حضور داشته باشد یا نه. اما می توان از جهت اسپین الکترون ها که هم شامل جهت بالا و هم پایین و هم جهات مابین این دو را شامل می شوند، استفاده کرد. از نظر تئوری این روش کدگذاری اطلاعات بسیار بیشتری را تدارک می بیند، طوری که یک الکترون به تنهایی می تواند انواع مختلفی از اطلاعات را ذخیره کند. این قبیل کامپیوتر های کوانتومی از نظر حجمی بسیار کوچک تر از کامپیوتر های معمول امروزی خواهند بود اما در عمل بسیار توانمند تر. در این قبیل کامپیوتر ها به جای تراشه های سیلیکونی از آرایه های مولکولی همانند Cr8 استفاده خواهد شد. البته تولید این نوع کامپیوتر ها نیاز به تکنولوژی خاص دارد که شاید تا چند دهه آینده به طول انجامد. این تحقیق نشان داد که القائاتی از این دست را می توان با استفاده از استدلال های کلاسیکی درک کرد و این روش می تواند برای درک دیگر اثر ها در این قبیل مواد کمک موثری باشد.
__________________
کلیک نکنید
tanha.bikas is offline   Reply With Quote
قديم 04-28-2006, 01:09 AM
+ نوشته شده در  چهارشنبه 22 آذر1385ساعت 22:32  توسط جلال  | 

کبالت 60

کبالت

Cobalt

عمومی

نام, علامت اختصاری, شماره Cobalt, Co, 27
گروه شیمیایی فلز انتقالی
گروه, تناوب, بلوک 9 , 4 , d
جرم حجمی, سختی 8900 kg/m3, 5.0
رنگ فلزی با ته مایه خاکستری
 

 


 

 

خواص
 اتمی

 

 

 

 

وزن اتمی 58.933200 amu
شعاع اتمی (calc.) 135 «152» pm
شعاع کووالانسی 126 pm
شعاع واندروالس n/a pm
ساختار الکترونی Ar]3d74s2]
-e بازای هر سطح انرژی 2, 8, 15, 2
درجه اکسیداسیون (اکسید) 2,3 (آمفوتریک)
ساختار کریستالی شش گوش
 

 


 

 

خواص
 فیزیکی

 

 

 

 

حالت ماده جامد (فرومغناطیس)
نقطه ذوب 1768 K (2723 °F)
نقطه جوش 3200 K (5301 °F)
حجم مولی  ש»10-6 * 6.67««متر مکعب بر مول
گرمای تبخیر 376.5 kJ/mol
گرمای هم جوشی 16.19 kJ/mol
فشار بخار 175 Pa at 1768 K
سرعت صوت 4720 m/s at 293.15 K
 

 

 

متفرقه

 

 

 

 

الکترونگاتیویته 1.88 (درجه پائولینگ)
ظرفیت گرمایی ویژه 420 J/(kg*K)
رسانائی الکتریکی 17.2 106/m اهم
رسانائی گرمایی 100 W/(m*K)
1st پتانسیل یونیزاسیون 760.4 kJ/mol
2nd پتانسیل یونیزاسیو.ن 1648 kJ/mol
3rd پتانسیل یونیزاسیون 3232 kJ/mol
4th پتانسیل یونیزاسیون 4950 kJ/mol
 
 

 

 

 

پایدارترین
 ایزوتوپها

 

 

 

 

ایزو وفور طبیعی نیمه عمر DM DE MeV DP
56Co {syn.} 77.27 روز e capture 4.566 56Fe
57Co {syn.} 271.79 روز e capture 0.836 57Fe
58Co {syn.} 70.86روز e capture 2.307 58Fe
59Co 100% Co با 32 نوترون پایدار است
60Co {syn.} 5.2714 سال β- 2.824 60Ni

واحدهای SI & STP استفاده شده مگر آنکه ذکر شده باشد.

 


کبالت عنصر شیمیایی است که با نشان Co و عدد اتمی 27 در جدول تناوبی قرار دارد.
 

 

 
 
 

کبالت عنصر فرومغناطیس سختی است که دارای رنگ خاکستری براقی می باشد. دمای کوری آن K1388 با ممنتم بور 6/1 – 7/1 در هر اتم است. این عنصر اغلب با نیکل همراه است وهر دوی آنها از اجزا مشخص آهن شهاب سنگی می باشند. پستانداران نیازمند مقدار بسیار کمی از نمکهای کبالت هستند. کبالت 60 که ایزوتوپ رادیواکتیو و مصنوعی کبالت است یک ردیاب رادیواکتیو مهم و عامل معالج سرطان به شمار می آید. نفوذ پذیری نسبی کبالت دو سوم آهن است. کبالت فلزی عموماً دارای مخلوطی از دو ساختار شکل بلورین fcc و hcp با دمای انتقال fcc -> hcp K722 می باشد.
حالات اکسیداسیون عادی کبالت شامل 2+ و3+ است گرچه 1+ نیز دیده شده است.

 
 

 

 

 

 

 

 

 

کاربردهـــــــــا

 


 

 

 

 

 

  • آلیاژهایی از قبیل :

    • آلیاژهای دیرگداز ، برای قطعات توربین گاز موتورهای هواپیما

    • آلیاژهای مقاوم در مقابل فرسایش و آسیب بر اثر کارکرد بالا.

    • فولاد، در سرعتهای بسیار زیاد

    • کاربیدهای روکشدار( فلزات سخت هم نامیده می شوند) و ابزارهای الماسه.

  • آهن ربا و واسطه ضبط مغناطیسی (ازقبیل نوار کاست و ویدئو).

  • کاتالیزور برای مصرف در صنایع شیمیایی و نفتی.

  • در آبکاری الکتریکی برای ظاهر، استحکام و مقاوت در برابر اکسیاسیون .

  • عامل خشک کننده در رنگها، جوهر و براق کننده ها.

  • لایه زیرین در لعابهای چینی.

  • رنگدانه( کبالت آبی و سبز).

  • الکترودهای باطری.

  • تایرهای رادیال تسمه فولادی.

  • کبالت –60 بعنوان منبع اشعه گاما دارای چندین کاربرد است :

    • در پرتو درمانی (رادیوتراپی) بکار می رود.

    • در استرلیزه کردن غذاها با روش تابشی (پاستوریزه کردن سرد) بکار می رود.

    • در رادیوگرافی صنعتی به منظور تشخیص عیوب ساختاری قطعات فلزات به کار می رود.

 


 

 

 

کاربردهای پزشکی

 

 

 

 

کبالت 60 ( Co-60) فلزی رادیواکتیو است که در پرتودرمانی کاربرد دارد. کبالت 60 دو اشعه X گاما با انرژیهای 1.17MeV و 1.33MeV تولید می کند. منبع کبالت 60 تقریباً به قطر 2 سانتیمتر است که نتیجه آن تشکیل یک نیم سایه هندسی می باشد، که لبه میدان تشعشع را نامشخص می کند. از ویژگیهای بد این فلز تولید مقدارکمی غبار رقیق است که باعث بروز مشکلاتی در حفاظت مقابل اشعه می گردد. منبع کبالت 60 تقریباً برای 5 سال مفید است اما بعد از این مدت هم بسیار رادیواکتیو می باشد و بنابراین دستگاههای کبالت در جوامع غربی که لیناکس متداول است، کمتر مورد استفاده قرار می گیرند. اولین دستگاه کبالت 60 درمانی (بمب کبالت) برای اولین در کانادا ساخته و نیز برای اولین بار در همانجا مورد استفاده قرار گرفت. در واقع اولین دستگاه در مرکز سرطانی Saskatoon به نمایش در آمده است – هنگام ورود به سالن به این دستگاه توجه کنید. دومین دستگاه خارج از سالن ، کنار دالان ورود به مرکز قرار گرفته است.

 


 

 

 

تاریخچه

 

 

 

 

کبالت و ترکیبات آن در دوران باستان شناخته شد که برای آبی کردن رنگ شیشه ازآنها استفاده می کردند.
George Brand به خاطر کشف کبالت شهرت یافت. تاریخ کشف این عنصر در منابع مختلف ، متفاوت است امااین کشف بین سالهای 1730 و 1737 اتفاق افتاده است. او موفق به اثبات این نکته شد که منبع رنگ آبی شیشه ها کبالت است ،قبلاً بیسموت همراه کبالت را عامل رنگ آبی شیشه ها می دانستند.

در خلال قرن نوزدهم کبالت آبی (80-70% کبالت جهان) در Blaafarvaerket در نروژ، به رهبری صنعتگر پروسی Benjamin Wegner تولید شد.
John Livingood و Glenn Seaborg در سال 1938 کبالت 60 را کشف کردند.
کلمه کبالت از واژه آلمانی kobalt یا kobold ،به معنی روح شیطان گرفته شده ، این نام را کارگران معدن به علت سمی و دردسرساز بودن (کبالت سایر عناصر معدن را آلوده و کم عیار می کرد) این عنصر برای آن انتخاب کردند.

 

مقادیر کم کبالت برای بسیاری از موجودات زنده از جمله انسان حیاتی است. وجـــــــــــــــــود 0.3 تا 0.13 قسمت در میلیون کبالت در خاک برای سلامتی حیوانات علف خوار مفید است. این عنصر جزء اصلی ویتامین کبالامین یا ویتامین B-12 می باشد.

 


 

پیدایش

 

 

کبالت بصورت فلز آزاد وجود ندارد و عموماً به صورت سنگ معدن یافت می شود. کبالت معمولاً به تنهایی استخراج نمی شود و به عنوان محصول جانبی فعالیتهای استخراج مس و نیکل به دست می آید.
سنگ معدنهای اصلی کبالت عبارتند از کبالتیت، اریتریت، گلائوکودوت و اسکوترودیت. عمده ترین تولید کنندگان کبالت در جهان چین، زامبیا ، روسیه و استرالیا هستند.

 


 

ترکیبات

 

 

به علت وجود حالتهای اکسیداسیون مختلف ، تعداد زیادی از ترکیبات کبالت وجود دارد. هر دو اکسید در دمای پایین ضدفرومغناطیس می باشند:
 CaO.(Neel temperature: 291 K) and

Co3O4 (Neel temperature: 40 K).

 


 

 

 

ایزوتوپها

 

 

 

 

کبالت بصورت طبیعی دارای 1 ایزوتوپ پایدار ( 59 Co-) می باشد. 22 رادیوایزوتوپ نیز شناخته شده که پایدارترین آنها Co-60 با نیمه عمر 2714/5 سال، CO-57 با نیمه عمر79/271 روز، Co-56 با نیمه عمر 27/77 روز و Co-58 با نیمه عمر 86/70 روز می باشند. مابقی ایزوتوپهای رادیواکتیو دارای نیمه عمری کمتر از 18 ساعت هستند که اکثریت آنها نیمه عمری کمتراز 1 ثانیه دارند. این عنصر همچنین دارای 4 حالت برانگیختگی می باشد، که تمامی آنها نیمه عمری کمتر از 15 دقیقه دارند.
ایزوتوپهای کبالت از نظر وزن اتمی بین (50amu (Co-50 و (amu73 ( Co-7) قرار دارند. حالت فروپاشی اصلی قبل از فراوانترین ایزوتوپ پایدار ،59-Co ، الکترون گیری و حالت اصلی بعد از آن کاهش بتا می باشد. محصول فروپاشی اصلی پیش از 59-Co ایزوتوپهای عنصر 26 (آهن) و محصولات اصلی بعد از آن ایزوتوپهای عنصر 28 (نیکل) می باشند.

 


 

 

 

هشدارهـــــــا

 

 

 

 

فلز کبالت پودر شده خطر آتش سوزی به همراه دارد. بهتر است همه ترکیبات کبالت را سمی در نظر گرفت مگر اینکه خلاف آن ثابـت شده باشد. احتمالاً بیشتر ترکیبات کبالت خیلی زهرآگین نیستند.
کبالت 60 ارسال کننده اشعه گامای قوی است لذا تماس با این نوع کبالت خطر ابتلا به سرطان را ایجاد می کند. بلع کبالت 60 منجر به ورود مقداری کبالت درون بافتهای بدن شده که به کندی از بدن خارج می شود. کبالت 60 در مقابله های اتمی عاملی خطرساز است چون ارسالهای نوترونی مقداری از آهن را به این ایزوتوپ رادیواکتیو تبدیل می کند. بعضی طراحیهای تسلیحات اتمی عمداً به گونه ای می باشد که ،میزان کبالت 60 را که به عنوان ذرات رادیواکتیو پراکنده می شوند ،افزایش دهند- گاهی اوقات آنها را بمب کثیف یا بمب کبالت می نامند. خطر در مواقع غیر از جنگ اتمی ،استفاده نادرست (یا سرقت) از واحدهای رادیوتراپاتیک پزشکی است.

 

http://ngdir.ir/SiteLinks/Kids/html/energy-mafahim_periodic%20table_jadvale%20tanavobi_Co.htm

 

منگنز

Manganese

 

عمومی

نام, علامت اختصاری, شماره Manganese, Mn, 25
گروه شیمیایی فلز انتقالی
گروه, تناوب, بلوک 7 , 4 , d
جرم حجمی, سختی 7470 kg/m3, 6.0
رنگ نقره ای فلزی
 

 

 

 

 

خواص
 
اتمی

 

 


 

وزن اتمی 54.938049 amu
شعاع اتمی (calc.) 140 «161» pm
شعاع کووالانسی 139 pm
شعاع واندروالس n/a pm
ساختار الکترونی Ar]3d54s2]
-e بازای هر سطح انرژی 2, 8,13,2
درجه اکسیداسیون (اکسید) 7,6,4,2,3 (اسید قوی)
ساختار کریستالی مکعب بدنه مرکزی

 

 

 

 

خواص
فیزیکی

 

 

 

 

حالت ماده جامد (معمولاْ غیر مغناطیسی)
نقطه ذوب 1517 K (2271 °F(
نقطه جوش 2235 K (3564 °F)
حجم مولی  ש»10-6 * 7.35««متر مکعب بر مول
گرمای تبخیر 226 kJ/mol
گرمای هم جوشی 12.05 kJ/mol
فشار بخار 121 Pa در1517 K
سرعت صوت 5150 m/s در293.15 K
 

 

 

 

 

متفرقه

 

 

 

 

 

الکترونگاتیویته 1.55 (درجه پائولینگ)
ظرفیت گرمایی ویژه 480 J/(kg*K)
رسانائی الکتریکی 0.695 106/m اهم
رسانائی گرمایی 7.82 W/(m*K)
1st پتانسیل یونیزاسیون 717.3 kJ/mol
2nd پتانسیل یونیزاسیون 1509 kJ/mol
3rd پتانسیل یونیزاسیون 3248 kJ/mol
4th پتانسیل یونیزاسیون 4940 kJ/mol
5th پتانسیل یونیزاسیون 6990 kJ/mol
6th پتانسیل یونیزاسیون 9220 kJ/mol
7th پتانسیل یونیزاسیون 11500 kJ/mol
 
 

 

 

پایدارترین
 ایزوتوپها

 

 

iso NA نیمه عمر DM DE MeV DP
52Mn {syn.} 5.591 روز ε 4.712 52Cr
53Mn {syn.} 3.74 million سال ε 0.597 53Cr
54Mn {syn.} 312.3 روز ε 1.377 54Cr
54Mn {syn.} 312.3 روز β- 0.697 54Fe
55Mn 100% Mn با30 نوترون پایدار است

واحدهای SI & STP استفاده شده مگر آنکه ذکر شده باشد.

 

 


منگنز عنصر شیمیایی است که در جدول تناوبی دارای نشان Mn و عدد اتمی 25 می باشد.


 

 
 

منگنزمانند آهن فلزی خاکستری رنگ است. فلزی است سخت و بسیار شکننده که به سختی ذوب اما به راحتی اکسیده می شود. فلزمنگنز فقط پس از پردازش خاصی فرومغناطیس می گردد.
کلی ترین حالتهای اکسیداسیون منگنز6+ ،4+،3+،2+ و 7+ است اگرچه حالتهای اکسیداسیون از 7+ تا 1+ مشاهده می شـود. در سیستم بیولوژیکی+2Mn اغلب با +2Mg در تضاد است و ترکیبات منگنزی که درآنها منگنز دارای حالت اکسیداسیـــون 7+ می باشد، عاملهای اکسید کننده ای قوی هستند.

 
 

منگنز به خاطرخصوصیات ثابت کنندگی گوگرد، اکسیژن زدائی و آلیاژ سازی برای تولید آهن و فولاد ضروری است. فولادسازی - ازجمله بخش تولید آهن آن- بیشترین مقدار منگنز داخلی را نیاز دارد که اخیراً بین 90% تا 85% مقدار مورد نیاز است. از بین کاربردهای مختلف دیگر آن ، منگنز بخش اصلی فرمول های فولاد ضد زنگ ارزان قیمت و آلیاژهای آلومینیم پرکاربرد را تشکیل می دهد. از اکسید منگنز در انواع پیلهای خشک جدید استفاده می شود. انتظار می رود ماهیت و سطح کلی کاربرد منگنز در آمریکا در آینده ای نزدیک تقریباً یکسان باقی بماند. هیچ گونه فن آوری عملی برای جایگزینی مواد دیگر به جای منگنز یا استفاده از مقادیر داخلی و سایر ذخائر جهت خودکفایی آمریکا نسبـت به کانی منگنز سایر کشورها وجود ندارد.
جانشینها : منگنز هیچ جایگزین مفیدی برای کاربردهای اصلی خود ندارد.

 


 

 

 

 

 

تاریخچه

 

 

 

 

 

منگنز از ماقبل تاریخ مورد استفاده بوده است. رنگهایی که از رنگدانه های دی اکسید منگنز ساخته شده اند به 17000 سال پیش برمی گردند. مصریان و رومیان ازترکیبات این عنصر در شیشه سازی چه برای رنگ آمیزی آن و چه برای از بین بردن رنگ آن استفاده می کردند. منگنز که می توان آنرا در کانیهای آهن یافت توسط اسپارتها بکار می رفت. بعضی افراد بر این باورند که سختی استثنائی فولاد اسپارتان ، ناشی از تولید ناخواسته یک آلیاژ آهن – منگنز می باشد.

در قرن 17 ابتدا Glauber شیمیدان آلمانی یک معرف آزمایشگاهی سودمند به نام پرمنگنات را تولید نمود. تا اواسط قرن 18 از اکسید منگنز برای تولید کلر استفاده می شد. برای اولین بار Scheele شیمیدان سوئدی متوجه شد که منگنز یک عنصر است و همکارش J. G. Gah در سال 1774 با کاهش دی اکسید منگنز بوسیله کربن موفق به تهیه نوع خالص این عنصر گشت. تقریباً در آغاز قرن 19دانشمندان استفاده از منگنز را در فولادسازی مورد بررسی قراردادند که آن زمان حقوق انحصاری برای کاربردهای آن واگذار شد. در سال 1816 متوجه شدند افزودن منگنز به آهن بدون تغییر درمیزان شکنندگی آن باعث استحکام بیشتر آهن می شود.

 

منگنز ماده غذائی است که وجود آن به مقدار کم برای تمامی گونه های حیات ضروری می باشد.
رده های آنزیمهایی که عوامل مشترک منگنز دارند بسیار گسترده است و مثلاً شامل oxidoreductases transferases ، hydrolases, lyases, isomerases, ligases, lectins, integrins می باشند. شاید آرژیناز ، دیسموتاس سوپر اکسید حاوی منگنز و سم دیفتری معروف ترین پلی پپتید های منگنز باشند.

 

 

 

 

پیدایش

 

منابع زمینی منگنز بسیار زیاد اما بطور نامنظمی پراکنده شده اند؛ منابعی که در آمریکا واقع شده اند نامرغوب بوده و تهیه آن گران است. آفریقای جنوبی و اکراین بیش از 80% منابع شناخته شده جهان را دارا هستند ؛ آفریقای جنوبی بدون در نظر گرفتن چین و اکراین بیش از 80% کل آنرا تولید می کند.
منابع واردات آمریکا ( 2001- 1998) : سنگ معدن منگنز : گابن 70% ، آفریقای جنوبی 10% ، استرالـیا 9%، مکزیک 5% و سایر کشورها 6%. فرومنگنز : آفریقای جنوبی 47% ، فرانسه 22%، مکزیک 8%، استرالیا 8% و سایر کشورها 15%. منگنز موجود در کل واردات منگنز: آفریقای جنوبی 31% ، گابن 21%، استرالیا 13% ، مکزیک 8% و سایر کشورها 27%.
منگنز در بورکینوفاسو استخراج می شود.
مقادیر بسیار زیادی منگنز در سختگاههای منگنز واقع در کف اقیانوسها وجود دارد. در سال 1970 تلاشهایی که برای یافتن روشهای عملی و اقتصادی بهره برداری از سختگاههای منگنز انجام می شد متوقف گشت.

 

پرمنگنات پتاسیم که آنرا بلورهای کاندی هم می نامند، به علت خصوصیات اکسیداسیون آن ، یک معرف آزمایشگاهی متداول است و به عنوان یک داروی محلی کاربرد دارد (مثلاً برای درمان بیماریهای ماهی).

دی اکسید منگنز در پیلهای خشک کاربرد داشته و نیز می توان از آن برای کلر زدایی شیشه هایی که با مقادیر کمی آهن سبز رنگ شده اند استفاده نمود. با ترکیبات منگنز می توان شیشه ها را ارغوانی کرد و عامل رنگ ارغوانی واقعی می باشد. علاوه بر اینها از دی اکسید منگنز برای تولید اکسیژن ، کلر و رنگهای سیاه جامد استفاده می گردد.

 


 

 

 

 

ایزوتوپها

 

 

 

 

 

 

منگنز بطور طبیعی دارای یک ایزوتوپ پایدار Mn-55 می باشد. 18 ایزوتوپ پرتوزاد هم برای این عنصر شناسایی شده که پایدارترین آنها منگنز53 با نیمه عمر 7/3 میلیون سال ، منگنز54 با نیمه عمر 3/312 روز و منگنز 52 با نیمه عمر 591/5 روز هستند. مابقی ایزوتوپهای رادیواکتیو از نیمه عمری کمتر از 3 ساعت برخوردار بوده که نیمه عمر اکثر آنها کمتر از 1 دقیقه است. همچنین این عنصر دارای 3 meta states می باشد.

منگنز جزء عناصر گروه آهنی است که تصور می شود در ستارگان بزرگ اندکی قبل از انفجار ابراختر سنتز شده اند. منگنز 53 به شکل Cr-53 با نیمه عمر 7/3 میلیون سال فرسایش می یابد. منگنز53 به علت نیمه عمر نسبتاً کوتاهش یک رادیونوکلید غیر فعال است. محتویات ایزوتوپی منگنز معمولاً با محتویات ایزوتوپی کروم ترکیب می شـــــــود که درisotope geology بکار می رود. نسبتهای ایزوتوپی منگنز – کروم شواهدی را که از آلومینیم 26 و پالادیم 107 برای تاریخ آغازین منظومه شمسی وجود دارد تقویت می کند.
ایزوتوپهای منگنز از نظر وزن اتمی بین amu 46 ( Mn-46) تا amu65 ( Mn-65) قرار دارند. حالت فروپاشی اولیه قبل از فراوان ترین ایزوتوپ پایدار ( Mn-55) جذب الکترون و حالت اولیه پس از آن بتا می باشد.

 

مقدار بیش از حد منگنز سمی است و به علت میزان مسمومیت زایی این عنصر تماس با گرده ، بخار و ترکیبات منگنز حتی برای زمانهای کوتاه نباید از حداکثـــر mg/m3 5 فراتر رود.
محلولهای پرمنگنات اسیدی کلیه مواد معدنی را که با آنها در تماس هستند ازبین خواهند برد و قادر به سوزاندن آنها می باشند.

 

+ نوشته شده در  چهارشنبه 22 آذر1385ساعت 22:14  توسط جلال  | 

نكته هاي جالب علمي

+ نوشته شده در  چهارشنبه 22 آذر1385ساعت 22:11  توسط جلال  | 

آزمایش قطره روغن ملیکان

آزمایش قطره روغن ملیکان

  

تئوری آزمایش

در فضای پیرامون ما تعداد زیادی الکترون وجود دارد و اگر ذره‌ای با بار الکتریکی مثبت را در این فضا قرار دهیم، می‌تواند الکترون را به خود جذب کند. این کار اساس آزمایش قطره روغن ملیکان است. یعنی اگر قطرات روغن در حین سقوط در هوا یونیزه شوند و به این ترتیب باردار گردند، می‌توانند چند الکترون از محیط را جذب کنند. بنابراین می‌توان با اندازه گیری این بارها به بار الکترون پی برد. این آزمایش را رابرت ملیکان برای اندازه گیری بار یک الکترون منفرد طراحی کرد.

زمانی که یک قطره روغن بدون بار در هوا سقوط می‌کند، سه نیروی وزن ، ارشمیدس ، چسبندگی (با ویسکوزیته) بر آن وارد می‌شود. دو نیروی وزن و ارشمیدس مقدار ثابتی دارند و مستقل از سرعت قطره می‌باشند، اما نیروی چسبندگی ثابت نبوده و مقدار آن بستگی به سرعت دارد. بنابراین در هنگام سقوط قطره مقدار نیروی چسبندگی افزایش یافته و بالاخره زمانی می‌رسد که برآیند نیروهای وارد بر قطره صفر شود. در این حالت حرکت قطره یکنواخت بوده و سرعت آن مقدار نهایی و ثابت خواهد شد. در این حالت می‌توان شعاع قطره روغن را از شرط صفر شدن برآیند نیروهای وارد بر قطره بدست آورد.

حال اگر قطره روغن در حین سقوط مقداری بار الکتریکی به خود بگیرد و آن را میان دو صفحه موازی با فاصله معین که به اختلاف پتانسیل معین V وصل شده است، قرار دهیم، چون قطره روغن باردار شده است، لذا در میدان الکتریکی موجود میان صفحات بر آن نیرویی اعمال می‌شود. اختلاف پتانسیل و فاصله صفحات مقادیر معلومی هستند که خودمان تنظیم می‌کنیم. می‌توانیم به کمک این نیروی الکتریکی قطره را به حالت سکون درآوریم و چون شعاع قطره را از قبل می‌دانیم، لذا مقدار بار الکتریکی از صفر شدن برآیند کل نیروها در این حالت محاسبه می‌شود.



img/daneshnameh_up/a/a8/milikan_az.JPG

وسایل آزمایش

اطاقک ملیکان

محفظه کوچکی به عمق چند میلیمتر با کف و سقف فلزی که به الکترودهایی برای اعمال ولتاژ متصل شده است، اطاقک ملکیان نامیده می‌شود. این اطاقک حاوی یک لوله روشنایی ورودی از دیوار اطاقک و سوراخی در سقف آن برای پاشیدن قطرات می‌باشد.

میکروسکوپ برای مشاهده قطره‌ها

در یک سر لوله میکروسکوپ ، عدسی شیئی نصب شده است که از سوراخی واقع در یکی از دیواره‌های اطاقک به مشاهده قطرات روغن می‌پردازد. در سر دیگر لوله ، عدسی چشمی قرار دارد و طول لوله قابل تنظیم است تا تصویر قطره‌ها در چشم به حالت وضوح در آید. البته حرکت قطره توسط میکروسکوپ به صورت معکوس دیده می‌شود. در قسمت عدسی شئی یک چهارخانه نیز وجود دارد.

سیستم روشنایی

این سیستم از یک لامپ ذره‌بینی کوچک تشکیل شده است که در یک انتهای لوله روشنایی قرار دارد و نور آن پس از طی مسافت داخل لوله ، به اطاق وارد می‌شود. این سیستم فقط قادر است، اجسام واقع در امتداد لوله را روشن سازد و بعد از بازتاب نور از آن جسم ، بقیه اتاق نیز به حالت نیمه روشن در می‌آید.

قطره‌پاش

قطره‌پاش از نوع عطرپاش بوده و قطرات روغن را با فشار تلمبه لاستیکی به صورت پودر به درون اتاقک می‌پاشد. در این حالت اگر روشنایی اتاقک کافی باشد، قطرات ریز ستاره مانند را در حال حرکت به طرف بالا ، می‌توان مشاهده کرد.

منبع رادیواکتیو

این منبع برای یونیزه کردن هوا بکار می‌رود.

دستگاههای الکتریکی

این قسمت شامل منبع ولتاژ جریان مستقیم با سیستم کنترل ولتاژ متشکل از پتانسیومتر برای تغییر ولتاژ و کلید برای اعمال ولتاژ در جهت دلخواه و قطع و وصل آن می‌باشد.

شرح آزمایش

چراغ را روشن می‌کنیم. مدار الکتریکی را آماده کرده، منبع ولتاژ را روشن می‌کنیم و دکمه آن را تا حدود 200 ولت می‌چرخانیم. در حالی که پشت دوربین می‌نشینیم، دکمه کنترل را روی علامت + یا – (قطع و وصل) به اختیار قرار می‌دهیم و در حالی که دستمان روی تغییر ولتاژ کلید کنترل قرار دارد، می‌توانیم پاشیدن قطرات را شروع کنیم و بلافاصله چشمه رادیو اکتیو را روی آن در مدت چند ثانیه قرار می‌دهیم، تا محیط یونیده شود.

بلافاصله بعد از روئیت قطره‌ها ، شروع به تغییر دادن ولتاژ می‌کنیم، تا یک قطره انتخابی در پایین چهارخانه به حالت سکون درآید. (برای کنترل اینکه قطرات باردار شده یا نشده‌اند، کافیست که دقت کنیم بعضی از قطرات را که در حین حرکت لحظه‌ی متوقف شده و سپس جهت حرکت خود را تغییر می‌دهند، ببینیم.). حال فورا کلید را برگردانده و همزمان با آن کرونومتر را بکار می‌اندازیم. در حالی که با چشم آن قطره را دنبال می‌کنیم، صبر می‌کنیم تا چهارخانه را طی کند. به مجرد رسیدن قطره به انتهای خانه چهارم کرونومتر را متوقف و چشم را از دوربین جدا می‌کنیم.

نتایج

ملیکان و همکاران او بار هزاران قطره را اندازه گرفته و دریافتند که با در نظر گرفتن خطای اندازه گیری ، بار هر قطره مضرب صحیحی از بار پایه e (بار الکترون) است، یعنی بار هر قطره e ، 2e ، e و … بوده و هیچگاه 0.76 e یا 2،49 e نیست. این امر به دلیل این است که بار الکتریکی آن چنان چیزی نیست که بتوان آن را بطور نامحدودی تقسیم کرد، بلکه به صورت مضرب صحیحی از یکای طبیعی e است.
+ نوشته شده در  چهارشنبه 22 آذر1385ساعت 16:16  توسط جلال  | 

شیمی

    §      http://chemistry caltech.eduشیمی

+ نوشته شده در  چهارشنبه 22 آذر1385ساعت 16:13  توسط جلال  | 

پاد ماده

 

پاد ماده (ضد ماده)

ضدماده

ما انسانها و هر آنچه در اطراف ماست از موجودات زنده زمين و سيارات ، خورشيد و ديگر ستارگان ، همه از ماده ساخته شده‌ايم. اما با تصور وجود يك جهان ديگر كه مانند تصوير آينه‌اي جهان كنوني ما باشد، چه احساسي به شما دست ميدهد؟ البته وجود چنين جهاني پذيرفته نيست. با اين حال جهان ذرات زير اتمي (الكترون ، پروتون ، نوترون ، ...) چنين همتايي دارد و هر يك از اين ذرات براي خود همتايي در آن جهان دارند كه به اصطلاح پاد ذره آن ذرات مينامند.

تاريخچه

ديراك فيزيكدان معروف در 1928 چنين استنباط كرد كه همه مواد ميتوانند در دو حالت وجود داشته باشند. وي در آغاز نظريه خود را در مورد الكترون بيان كرد و اظهار داشت كه بايد ذراتي به نام ضد الكترون هم وجود داشته با شد. اين گفته تحقق يافت و فيزيكدان آمريكايي كارل اندرسون در 1932 ضد الكترون و يا پوزيترون را كشف كرد. پس از اكتشاف ديراك و اندرسون ، سرانجام در اكتبر 1955 اييلوگسلر ، فيزيكدان اهل ايتاليا توانست در شتابدهنده بيوترون در آزمايشگاهي در كاليفورنيا پاد پروتون و يك سال بعد 1956 پاد نوترون را آشكار كند. اما دانشمندان پارا فراتر گذاشته و در پي ساخت پاد اتم و پاد مولكول برآمدند.

مكانيزم

اينكه اصلا پاد ذرات چيستند ، چه خواصي دارند و در قياس با همتاي ماده‌اي خود چگونه رفتار ميكنند، مدتي فيزيكدان را به خود مشغول كرد؟ ابتدا اين تصور وجود داشت كه پاد ماده در واقع تصويري از ماده در آينه است. اين بدان مناست كه پاذرات ، بايد باري مخالف و هم اندازه و جرمي قرينه جرم تصويري خود در دنياي ماده داشته باشند. بحث بار الكتريكي كاملا پذيرفته شده بود. اما جرم منفي بسيار دشوار مينمايد. ويژگي ديگر پاد ذرات ، ويژگي نابودي در صورت برخورد و تماس با پاد ماده خود است. در اين انهدام مشترك هر دو نابود ميشوند، و به مقدار قابل توجهي انرژي كه بيشتر به صورت پرتوهاي گاما ظاهر ميشود، در ميآيند. البته اگر اين انرژي به اندازه كافي زياد باشد، ميتواند به جفت ماده و پاد ماده ديگري نيز تبديل شود كه اين تصوير خوبي از تبديل ماده و انرژي به يكديگر و بيان فرمول معروف انيشتن است.

پاد ذرات از برخورد شديد ذرات ديگر بوجود ميآيند. اين وظيفه به عهده شتابدهنده‌ها است. در توضيح اينكه چرا ما بيشتر ماده را ميبينيم تا ضد ماده ، در تاريخ كيهان آمده است. در مرحله دوم از هشت مرحله يا مقطع تاريخ كيهان آمده است كه اولين سنگ بناهاي ماده (مثلا كوارك و الكترون و پاد ذرات آنها) از برخورد پرتوها ، با يكديگر بوجود ميآيند. قسمتي از اين سنگ بناها دوباره با يكديگر برخورد ميكنند و به صورت تشعشع فرو ميپاشند. در لحظه هاي بسيار بسيار اوليه ، ذرات فوق سنگين نيز ميتوانسته‌اند بوجود آمده باشند. اين ذرات داراي اين ويژگي هستند كه هنگام فروپاشي ، ماده بيشتري نسبت ضد ماده (مثلا كوارك‌هاي بيشتري نسبت به آنتي كواركها) ايجاد كنند. ذراتي كه فقط در ميان اولين اجزاي بسيار كوچك ثانيه‌ها وجود داشتند، براي ما ميراث مهمي به جا گذاردند كه عبارت از فزوني ماده در برابر ضد ماده بود.

آزمايش ساده

براي تصور جسم منفي ، ماهي باهوشي را تصور كنيد كه به سطح آب ميآيد و به قعر آن نميرود. همچنين فرض كنيد حباب‌هايي از داخل بطري كه در كف اقيانوس قرار دارد به سمت بالا حركت ميكنند. ماهي باهوش با مشاهده حباب‌ها شديدا علاقمند خواهند شد به آن جرمي منفي نسبت دهد. زيرا در خلاف جهت نيروي وارد از سوي جاذبه زمين حركت ميكنند. با اين تصورات ، فيزيكدانان وجود چنين حالتي را براي پاد ماده غير تحمل ميدانند.

آينده پاد ماده

نويسندگان داستان غير علمي ، تخيلي بر اين باورند كه ميتوان با استفاده از ماده و پاد ماده ، فضاپيماهايي را به جلو راند. يك فضاپيماي مجهز به موتور ماده - پاد ماده در كسري از مدت زمان كه امروزه يك فضاپيماي مجهز به موتور هيدروژن مايع لازم دارد تا به ستارگان همسايه خورشيد برسد، ما را به آن سوي مرزهاي منظومه شمسي (خورشيدي) خواهد برد. سرعت اين چنين فضاپيمايي در مقايسه با سرعت شاتلهاي فضاهاي كنوني هم ، چون سرعت يك يوزپلنگ در مقابل لاك پشت است. اين فضاپيما ميتواند سفر يازده ماهه جستجوگر سياره بهرام را يك ماهه به انجام رساند. ديگر توانايي پاد ماده در ايجاد سرعتهاي بسيار بالا و نزديك به سرعت نور است. اما اين بار به جاي سفر در كيهان ، سفر در زمان مورد نظر است. اين تصور جديد از زمان ، به ما ميآموزد كه ميتوان با سرعت گرفتن ، نقطه خاصي از فضا- زمان را كمتر منتظر گذاشت و اين همان جايي است كه پاد ماده به كمك ما ميشتابد.

+ نوشته شده در  چهارشنبه 22 آذر1385ساعت 16:12  توسط جلال  | 

اینترنت و پول

+ نوشته شده در  چهارشنبه 22 آذر1385ساعت 15:54  توسط جلال  | 

صد قالب رایگان بلاگفا

+ نوشته شده در  چهارشنبه 22 آذر1385ساعت 15:49  توسط جلال  | 

پيزوالکتريک

ميکرو عملگرهاي استفاده کننده از عناصر کارا

1- عملگرهاي پيزو الکتريک PZT :

اين نوع عملگرها داراي وضوح بالا ( در حد nm ) ، پاسخ خوب (در حد KHz )  و نيروي اعمالي زياد ميباشند . از آنها بيشتر در مکانيزهاي جابجايي دقيق (servo position) استفاده مي شود مثلا در ميکرو انبرک ميکرسکوپهاي STM/AFM .مشکلات PZT خزش (creep) و هيستريزيس (hysterisis) مي باشد .

از ديگر مشکلات آنها نياز به ولتاژ بالا براي تحريک و ميزان کرنش پايين (0.1 %) مي باشد در نتيجه نياز به مکانيزمهاي چند برابر کننده جابجايي دارند . بعنوان مثال از PZT-staked در يک ميکرو ربات ماهي شکل استفاده شده است که ميزان افزايش جابجايي 250 برابر  را دارد .

نوع ديگر آن Bimorph PZT است که موارد مصرف زيادي دارد . در آينده پيشبيني مي شود از نوع PZT لايه نازک بيشتر استفاده شود . بعنوان مثال نوعي از آن با ضخامت  در يک موتور التراسونيک بر پايه لايه نازک استفاده شده است که قادر است در ولتاژ 33 volt و 300 rpm عمل کرده و يک پيچ را سفت کند .

2- ميکرو عملگرهاي نوري :

با تحريک نوري عمل مي کنند ، نيازي به اتصالات الکتريکي نداشته و مشکلات ايجاد نويز هم ندارند . اساس تغيير شکل در آنها به سه عامل بستگي دارد :

-   اثر     photostrictive که باعث ايجاد ولتاژ شده و اين ولتاژ باعث تحريک پيزوالکتريکي مي شود .

-   اثر    فتوالکتريک (photoelectric) که در اثر اختلاف دما جريان فتوالکتريک ايجاد شده باعث تحريک پيزوالکتريک مي شود .

-       کرنش گرمايي ايجاد شده در اثر اختاف دما

 PLZT ها قادرند نور را به جابجايي مکانيکي تبديل کنند . بعنوان مثال کاربرد آن در يک ميکرو gripper را مي توان نام برد .

+ نوشته شده در  چهارشنبه 22 آذر1385ساعت 15:29  توسط جلال  | 

Piezoelectric Material

کاربرد ناهمسانگردی

پدیده ناهمسانگردی سبب پیدایش خواصی در بلورها می‌شود که کاربردهای مختلف و مهمی در صنعت دارند. مثلا" اگر بلورهایی مانند کوارتز و یا تورمالین را از دو طرف بکشیم و یا فشار دهیم در جهت عمود بر فشار یا کشش دارای بار الکتریکی مخالف یکدیگر می‌شوند. اگر جهت این فشار یا کشش را عوض کنیم نوع بار الکتریکی تغییر می‌کند، به این پدیده پیزوالکتریک می‌گویند.
گرما در بعضی از بلورها الکتریسته ایجاد می‌کند و سبب می‌شود یک سوی آنها بار مثبت و سوی مقابل بار منفی بیابد. در نتیجه میان این دو سو اختلاف پتانسیل الکتریکی بوجود می‌آید. همچنین اگر به این بلور جریان الکتریکی متناوب وصل کنیم، بلورها به تناوب منبسط و منقبض می‌شوند و بر اثر ارتعاش ٬ صوت تولید می‌کنند. از این خاصیت برای تولید صوت ٬ ماورای صوت ٬ نوسانهای الکتریکی ٬ ساختن میکروفونهای بلوری و سوزن گرامافون استفاده می‌شود

 

 

پیکاپ یک وسیله برای دریافت ارتعاشات مغناطیسی هست (چیزی شبیه به میکروفن) که معمولا" برای سازهایی چون گیتار، ویلن و ... استفاده میشه و این ارتعاشات رو به جریانهای ضعیف الکتریکی تبدیل میکنه. پیکاپ های الکترو مغناطیسی همانطور که از نامشون پیداست از خاصیت القای مغناطیسی برای تولید جریان استفاده میکنند. لرزش یک صفحه باعث حرکت یک هست به دور یک سیم پیچ یا برعکس میشه و در نهایت جریان ضیعفی متناسب با لرزش سیم های ساز تولید می شود. امپدانس خروجی این پیکاپ ها معمولا" خیلی بالا و پاسخ فرکانسی نسبتا" معقولی دارند. مشکل بزگ اینها آن است که بسیار تحت تاثیر الفائات مغناطیسی محیط هستند. مثلا" تلویزیون یا لامپ و ... برای همین در مواردی که محیط نویز مغناطیسی دارد از پیکاپ های پیزوالکتریک استفاده میشود. قطعات کریستالی خاصیتی دارند که در اثر فشار و تغییر ضخامت در دو سمت خود ولتاژ های کوچک الکتریکی ایجاد می کنند که چنانچه در مدار بسته ای قرار گیرند می توانند جریان های ضعیفی تولید کنند. از همین خاصیت برای ساخت پیکاپ های پیزوالکتریک استفاده میکنند. این پیکاپ ها نسبت به امواج الکتریکی یا مغناطیسی حساس نیستند. این دسته از پیکاپ ها پاسخ فرکانسی کاملا" متفاوتی با نوع الکترو مغناطیسی مشابه دارند، حتی برخی از نوازندگان اینهارو ترجیح میدند. به هرحال باید به آن عادت کرد. اینکه کدام بهتر است بیشتر به سلیقه مربوط می شود اما در مجموع خروجی پیکاپ های الکترومغناطیسی طبیعی تر می باشد تا پیزوالکتریک.

 

 

 

روشهاي توليد امواج فراصوت

روش پيزو الكتريسيته


تاثير متقابل فشار
مكانيكي و نيروي الكتريكي را در يك محيط اثر پيزو الكتريسيته مي‌گويند. بطور مثال بلورهايي وجود دارند كه در اثر فشار مكانيكي ، نيروي الكتريكي توليد مي‌كنند و برعكس ايجاد اختلاف پتانسيل در دو سوي همين بلور و در همين راستا باعث فشردگي و انبساط آنها مي‌شود كه ادامه دادن به اين فشردگي و انبساط باعث نوسان و توليد امواج مي‌شود. مواد (بلورهاي) داراي اين ويژگي را مواد پيزو الكتريك مي‌گويند. اثر پيزو الكتريسيته فقط در بلورهايي كه داراي تقارن مركزي نيستند، وجود دارد. بلور كوارتز از اين دسته مواد است و اولين ماده‌اي بود كه براي ايجاد امواج فراصوت از آن استفاده مي‌شد كه اكنون هم استفاده مي‌شود.

اگر چه مواد متبلور طبيعي كه
داراي خاصيت پيزو الكتريسيته باشند، فراوان هستند. ولي در كاربرد امواج فراصوت در پزشكي از كريستالهايي استفاده مي‌شود كه سراميكي بوده و بطور مصنوعي تهيه مي‌شوند. از نمونه اين نوع كريستالها ، مخلوطي از زيركونيت و تيتانيت سرب (Lead zirconat & Lead titanat) است كه به شدت داراي خاصيت پيزوالكتريسيته مي‌باشند. به اين مواد كه واسطه‌اي براي تبديل انرژي الكتريكي به انرژي مكانيكي و بالعكس هستند، مبدل يا تراسديوسر (transuscer) مي‌گويند. يك ترانسديوسر اولتراسونيك بكار مي‌رود كه علامت الكتريكي را به انرژي فراصوت تبديل كند كه به داخل بافت بدن نفوذ و انرژي فراصوت انعكاس يافته را به علامت الكتريكي تبديل كند.

روش مگنتو استريكسيون


اين خاصيت در مواد فرومغناطيس (مواد داراي دو قطبي‌هاي مغناطيسي كوچك بطور
خود به خود با دو قطبي‌هاي مجاور خود همخط شوند) تحت تاثير ميدان مغناطيسي بوجود مي‌آيد. مواد مزبور در اين ميدانها تغيير طول مي‌دهند و بسته به فركانس (شمارش زنشهاي كامل موج در يك ثانيه) جريان متناوب به نوسان در مي‌آيند و مي‌توانند امواج فراصوت توليد كنند. اين مواد در پزشكي كاربرد ندارند و شدت امواج توليد شده به اين روش كم است و بيشتر كاربرد آزمايشگاهي دارد.

 

 

تحقيقات گسترده نشان داده که مواد پيزو الکتريک داراي کاربردهاي بسيار متنوع و گوناگوني در مهندسي پزشکي هستند. در بدن مشاهده مي شود که بافت زنده انرژي مکانيکي را به سيگنال الکتريکي تبديل کرده و از طريق اعصاب به مغز مي فرستد . از طرفي مسئله تغيير ابعاد يک ماده پيزوالکتريک با قرار گرفتن در ميدان الکتريکي و بالعکس پيدايش بار الکتريکي با اعمال تغيير شکل مکانيکي به آن موقعيت مناسبي را براي طراحي ابزار آلات مفيد در مهندسي پزشکي فراهم کرده است . بنابراين امروزه کاربرد اين مواد به طور گسترده اي در شاخه هاي مختلف تشخيصي، درماني و حتي ساخت اندامهاي مصنوعي مطرح است .

 

 

+ نوشته شده در  چهارشنبه 22 آذر1385ساعت 13:59  توسط جلال  | 

نانوتکنولوژی

خواص بلورها

تازه کردن چاپ
علوم طبیعت > شیمی
علوم طبیعت > فیزیک > فیزیک جامد و الکترونیک > فیزیک الکترونیک
علوم طبیعت > فیزیک > فیزیک جامد و الکترونیک > فیزیک حالت جامد
علوم طبیعت > شیمی > شیمی فیزیک > شیمی بلور
(cached)

مقدمه

در بلورها پراکندگی و فاصله اجزا ٬ دارای نظم هندسی ویژه‌ای است که معمولا" در تمام جهتها یکسان نیست. برخلاف بلورها در جامدهای بی شکل یا غیر بلورین پراکندگی و فاصله اجزای سازنده آنها در همه جهتها یکسان است. از اینرو بعضی از خواص فیزیکی جامدهای غیر بلورین ٬ مانند رسانایی گرمایی ٬ انتشار نور و رسانایی الکتریکی نیز در همه جهتها یکسان است. به این جامدهای غیر بلورین همسانگرد (ایزوتروپ) می‌گویند. چون خواص فیزیکی بیشتر جامدهای بلورین در جهتهای مختلف متفاوت است به آنها ناهمسانگرد می‌گویند. تنها بلورهایی که در دستگاه مکعبی متبلور می‌شوند مانند اجسام غیر بلورین عمل می‌کنند، چون در سه جهت فضایی دارای ابعاد مساوی هستند.



img/daneshnameh_up/1/1c/SrTiO3.jpg




کاربرد ناهمسانگردی

پدیده ناهمسانگردی سبب پیدایش خواصی در بلورها می‌شود که کاربردهای مختلف و مهمی در صنعت دارند. مثلا" اگر بلورهایی مانند کوارتز و یا تورمالین را از دو طرف بکشیم و یا فشار دهیم در جهت عمود بر فشار یا کشش دارای بار الکتریکی مخالف یکدیگر می‌شوند. اگر جهت این فشار یا کشش را عوض کنیم نوع بار الکتریکی تغییر می‌کند، به این پدیده پیزوالکتریک می‌گویند.
گرما در بعضی از بلورها الکتریسته ایجاد می‌کند و سبب می‌شود یک سوی آنها بار مثبت و سوی مقابل بار منفی بیابد. در نتیجه میان این دو سو اختلاف پتانسیل الکتریکی بوجود می‌آید. همچنین اگر به این بلور جریان الکتریکی متناوب وصل کنیم، بلورها به تناوب منبسط و منقبض می‌شوند و بر اثر ارتعاش ٬ صوت تولید می‌کنند. از این خاصیت برای تولید صوت ٬ ماورای صوت ٬ نوسانهای الکتریکی ٬ ساختن میکروفونهای بلوری و سوزن گرامافون استفاده می‌شود.

خواص نیم رسانایی

بعضی از بلورها مانند بلور عنصرهای ژرمانیم ٬ سیلیسیم و کربن خاصیت نیم رسانایی دارند و تا اندازه‌ای جریان الکتریکی را از خود عبور می‌دهند. اگر بلورهای نیم رسانا را گرما دهیم و یا در مسیر تابش نور قرار دهیم٬ مقاومت الکتریکی آنها کم می‌شود و الکتریسیته را بهتر عبور می‌دهد. نیم رساناها در صنایع الکترونیک و مخابرات بصورت دیود و ترانزیستور و قطعه‌های دیگر الکترونیکی بکار می‌روند. دیود یا یکسو کننده از دو قطعه بلور نیمه رسانا ساخته می‌شود و برای یکسو کردن جریانهای متناوب بکار می‌رود. ترانزیستور از سه قطعه بلور نیم رسانا تشکیل می‌شود و برای تقویت جریانهای ضعیف و یکسو کردن جریان متناوب بکار می‌رود. دیودها و ترانزیستورها از قسمتهای اصلی گیرنده‌ها و فرستنده‌های رادیو و تلویزیون هستند.

پدیده دو شکستی

بعضی از بلورها نور را به دو دسته پرتو تقسیم می‌کنند، بر اثر این پدیده در کانیهای شفاف ٬ مانند کربنات کلسیم شکست مضاعف ایجاد می‌شود. اگر نوشته‌ای را زیر کربنات کلسیم قرار دهیم بصورت دو نوشته دیده می‌شود.
بعضی از بلورها خاصیت جذب انتخابی دارند. مانند بلور تورمالین که پرتوهای نور را به دو دسته تقسیم می‌کند. یک دسته آنها را جذب می‌کند و دسته دیگر را از خود عبور می‌دهد. از این خاصیت برای ساختن فیلمها و عدسیهای قطبنده (پلاریزان) و برای کاهش شدت نور چراغهای اتومبیل استفاده می‌شود. عدسیهای قطبنده را در ساختن ابزارهای نوری مانند میکروسکوپهای قطبنده (پلاریزان) را از ورقه نازک پولاروید (ورقه شفاف و نازک نیترات سلولز) می‌پوشانند.



img/daneshnameh_up/8/89/TiO2.jpg




خواص ساختاری

بعضی از ویژگیهای بلورها به نوع و موقعیت پیوند بین مولکولهای آنها بستگی دارد. مثلا" هر چه پیوند اجزای یک بلور قویتر باشد نقطه ذوب آن بالاتر و سختی و مقاومت آن بیشتر است، مانند بلورهای الماس و گرافیت که از نظر ترکیب شیمیایی یکسان هستند و هر دو از کربن تشکیل شده‌اند، اما به دلیل تفاوت در پیوند شیمیایی میان اتمهای آنها سختی و مقاومت گرافیت کم ، اما سختی و مقاومت الماس بسیار زیاد است. بعضی از بلورها به سبب شکل پیوندهای داخلی ٬ در امتدادهای معینی به آسانی می‌شکنند، مانند بلور نمک طعام و بعضی به آسانی ورقه ورقه می‌شوند، مانندبلورهای میکا. از خاصیت سختی و مقاومت بلورها در ساختن انواع کاغذها و تیغه‌های سمباده و همچنین در ساعت سازی استفاده می‌کنند.

مباحث مرتبط با عنوان


+ نوشته شده در  سه شنبه 21 آذر1385ساعت 23:54  توسط جلال  | 

پیزوالکتریک در فیزیک

+ نوشته شده در  سه شنبه 21 آذر1385ساعت 23:43  توسط جلال  | 

ژنراتور الکتریکی

مقدمه

قبل از اینکه ارتباط بین مغناطیس و الکتریسته کشف شود، ژنراتورها از اصول الکتروستاتیک بهره می‌بردند. ماشین ویمشارت از القای الکتروستاتیک یا تأثیر کردن استفاده می‌کرد. ژنراتور واندوگراف از اثر تریبوالکتریک برق مالشی برای جدا سازی بارهای الکتریکی با استفاده از اصطکاک بین عایقها استفاده می‌کرد. ژنراتورهای الکتروستاتیک کارآمد نیستند و تنها برای آزمایشات علمی که نیازمند ولتاژهای بالا است، مناسب هستند.



تصویر




فارادی

در سال 1831–1832م مایکل فارادی کشف کرد که بین دو سر یک هادی الکتریکی که بصورت عمود بر یک میدان مغناطیسی حرکت می‌کند، اختلاف پتانسیلی ایجاد می‌شود. او اولین ژنراتور الکترومغناطیسی را بر اساس این اثر ساخت که از یک صفحه مسی دوار بین قطبهای یک آهنربای نعل اسبی تشکیل شده بود. این وسیله یک جریان مستقیم کوچک را تولید می کرد.

دینامو

دینامو اولین ژنراتور الکتریکی قادر به تولید برق برای صنعت بود و کماکان مهمترین ژنراتور مورد استفاده در قرن بیست و یکم است. دینامو از اصول الکترومغناطیس برای تبدیل چرخش مکانیکی به یک جریان الکتریکی متناوب ، استفاده می‌کند. اولین دینامو بر اساس اصول فارادی در سال 1832 توسط هیپولیت پیکسی که یک سازنده تجهیزات بود، ساخته شد. این وسیله دارای یک آهنربای دائم بود که توسط یک هندل گردانده می‌شد. آهنربای چرخنده بگونه‌ای قرار داده می‌شد که یک تکه آهن که با سیم پوشانده شده بود، از قطبهای شمال و جنوب آن عبور می‌کرد. پیکسی کشف کرد که آهنربای چرخنده ، هر بار که یک قطبش از سیم پیچ عبور می‌کند، تولید یک پالس جریان در سیم می‌کند. به علاوه قطبهای شمال و جنوب آهنربا جریانها را در جهتهای مختلف القا می‌کنند. پیکسی توانست با اضافه کردن یک کموتاتور جریان متناوب تولیدی به این روش را به جریان مستقیم تبدیل کند.

دیناموی گرام

به هر حال هر دوی این طرحها دارای مشکل یکسانی بودند: آنها پرشهای جریانی القا می‌کردند که از هیچ چیز پیروی نمی‌کرد. یک دانشمند ایتالیایی به نام آنتونیو پاسینوتی این مسأله را با جایگزینی سیم پیچ چرخنده توسط یک سیم پیچ حلقه‌ای که او با سیم پیچی یک حلقه آهنی درست کرده بود، حل کرد. این بدان معنی بود که آهنربا همواره از بخشی سیم پیچ عبور می‌کرد که این مسأله موجب یکنواختی جریان خروجی می‌شد. زنوب گرام چند سال بعد در حین طراحی اولین نیروگاه تجاری در پاریس در دهه 1870م ، این طرح را دوباره ابداع کرد. طراحی وی با نام دینامی گرام معروف است. نسخه‌های مختلف و تغییرات زیادی از آن هنگام تا کنون در این طراحی بوجود آمده است، اما ایده اصلی چرخش یک حلقه بی پایان از سیم ، کماکان قلب تمامی دیناموهای پیشرفته باقی ماند.

مفاهیم

دانستن این مطلب مهم است که ژنراتور تولید جریان الکتریکی می‌کنند و نه بار الکتریکی که در سیمهای سیم پیچی‌اش وجود دارد. این تا حدودی شبیه یک پمپ آب است که ایجاد یک جریان آب می‌کند اما خود آب را ایجاد نمی‌کند. ژنراتورهای الکتریکی دیگری هم وجود دارند، اما بر اساس دیگر پدیده‌های الکتریکی نظیر: پیزو الکتریسته و هیدرو دینامیک مغناطیسی ، ساختار یک دینامو شبیه یک موتور الکتریکی است و تمام انواع عمومی دیناموها می‌توانند مانند موتورها کار کنند. همچنین تمامی انواع عمومی موتورهای الکتریکی می‌توانند مانند یک ژنراتور کار کنند.

منبع: دانشنامه رشد

+ نوشته شده در  پنجشنبه 11 آبان1385ساعت   توسط علیرضا کریمی |  5 نظر

مقدمه

یک موتور الکتریکی ، الکتریسیته را به حرکت مکانیکی تبدیل می‌کند. عمل عکس آن که تبدیل حرکت مکانیکی به الکتریسیته است، توسط ژنراتور انجام می‌شود. این دو وسیله بجز در عملکرد ، مشابه یکدیگر هستند. اکثر موتورهای الکتریکی توسط الکترومغناطیس کار می‌کنند، اما موتورهایی که بر اساس پدیده‌های دیگری نظیر نیروی الکتروستاتیک و اثر پیزوالکتریک کار می‌کنند، هم وجود دارند.

ایده کلی این است که وقتی که یک ماده حامل جریان الکتریسیته تحت اثر یک میدان مغناطیسی قرار می‌گیرد، نیرویی بر روی آن ماده از سوی میدان اعمال می‌شود. در یک موتور استوانه‌ای ، روتور به علت گشتاوری که ناشی از نیرویی است که به فاصله‌ای معین از محور روتور به روتور اعمال می‌شود، می‌گردد.



img/daneshnameh_up/4/44/electromotor.jpg




اغلب موتورهای الکتریکی دوارند، اما موتور خطی هم وجود دارند. در یک موتور دوار بخش متحرک (که معمولاً درون موتور است) روتور و بخش ثابت استاتور خوانده می‌شود. موتور شامل آهنرباهای الکتریکی است که روی یک قاب سیم پیچی شده است. گر چه این قاب اغلب آرمیچر خوانده می‌شود، اما این واژه عموماً به غلط بکار برده می‌شود. در واقع آرمیچر آن بخش از موتور است که به آن ولتاژ ورودی اعمال می‌شود یا آن بخش از ژنراتور است که در آن ولتاژ خروجی ایجاد می‌شود. با توجه به طراحی ماشین ، هر کدام از بخشهای روتور یا استاتور می‌توانند به عنوان آرمیچر باشند. برای ساختن موتورهایی بسیار ساده کیتهایی را در مدارس استفاده می‌کنند.

انواع موتورهای الکتریکی

موتورهای DC

یکی از اولین موتورهای دوار ، اگر نگوییم اولین ، توسط مایکل فارادی در سال 1821م ساخته شده بود و شامل یک سیم آویخته شده آزاد که در یک ظرف جیوه غوطه‌ور بود، می‌شد. یک آهنربای دائم در وسط ظرف قرار داده شده بود. وقتی که جریانی از سیم عبور می‌کرد، سیم حول آهنربا به گردش در می‌آمد و نشان می‌داد که جریان منجر به افزایش یک میدان مغناطیسی دایره‌ای اطراف سیم می‌شود. این موتور اغلب در کلاسهای فیزیک مدارس نشان داده می‌شود، اما گاهاً بجای ماده سمی جیوه ، از آب نمک استفاده می‌شود.

موتور کلاسیک DC دارای آرمیچری از آهنربای الکتریکی است. یک سوییچ گردشی به نام کموتاتور جهت جریان الکتریکی را در هر سیکل دو بار برعکس می کند تا در آرمیچر جریان یابد و آهنرباهای الکتریکی، آهنربای دائمی را در بیرون موتور جذب و دفع کنند. سرعت موتور DC به مجموعه ای از ولتاژ و جریان عبوری از سیم پیچهای موتور و بار موتور یا گشتاور ترمزی ، بستگی دارد.

سرعت موتور DC وابسته به ولتاژ و گشتاور آن وابسته به جریان است. معمولاً سرعت توسط ولتاژ متغیر یا عبور جریان و با استفاده از تپها (نوعی کلید تغییر دهنده وضعیت سیم پیچ) در سیم پیچی موتور یا با داشتن یک منبع ولتاژ متغیر ، کنترل می‌شود. بدلیل اینکه این نوع از موتور می‌تواند در سرعتهای پایین گشتاوری زیاد ایجاد کند، معمولاً از آن در کاربردهای ترکشن (کششی) نظیر لکوموتیوها استفاده می‌کنند.
اما به هرحال در طراحی کلاسیک محدودیتهای متعددی وجود دارد که بسیاری از این محدودیتها ناشی از نیاز به جاروبکهایی برای اتصال به کموتاتور است. سایش جاروبکها و کموتاتور ، ایجاد اصطکاک می‌کند و هر چه که سرعت موتور بالاتر باشد، جاروبکها می‌بایست محکمتر فشار داده شوند تا اتصال خوبی را برقرار کنند. نه تنها این اصطکاک منجر به سر و صدای موتور می‌شود بلکه این امر یک محدودیت بالاتری را روی سرعت ایجاد می‌کند و به این معنی است که جاروبکها نهایتاً از بین رفته نیاز به تعویض پیدا می‌کنند. اتصال ناقص الکتریکی نیز تولید نویز الکتریکی در مدار متصل می‌کند. این مشکلات با جابجا کردن درون موتور با بیرون آن از بین می‌روند، با قرار دادن آهنرباهای دائم در داخل و سیم پیچها در بیرون به یک طراحی بدون جاروبک می‌رسیم.

موتورهای میدان سیم پیچی شده

آهنرباهای دائم در (استاتور) بیرونی یک موتور DC را می‌توان با آهنرباهای الکتریکی تعویض کرد. با تغییر جریان میدان (سیم پیچی روی آهنربای الکتریکی) می‌توانیم نسبت سرعت/گشتاور موتور را تغییر دهیم. اگر سیم پیچی میدان به صورت سری با سیم پیچی آرمیچر قرار داده شود، یک موتور گشتاور بالای کم سرعت و اگر به صورت موازی قرار داده شود، یک موتور سرعت بالا با گشتاور کم خواهیم داشت. می‌توانیم برای بدست آوردن حتی سرعت بیشتر اما با گشتاور به همان میزان کمتر ، جریان میدان را کمتر هم کنیم. این تکنیک برای ترکشن الکتریکی و بسیاری از کاربردهای مشابه آن ایده‌آل است و کاربرد این تکنیک می‌تواند منجر به حذف تجهیزات یک جعبه دنده متغیر مکانیکی شود.

موتورهای یونیورسال

یکی از انواع موتورهای DC میدان سیم پیچی شده موتور ینیورسال است. اسم این موتورها از این واقعیت گرفته شده است که این موتورها را می‌توان هم با جریان DC و هم AC بکار برد، اگر چه که اغلب عملاً این موتورها با تغذیه AC کار می‌کنند. اصول کار این موتورها بر این اساس است که وقتی یک موتور DC میدان سیم پیچی شده به جریان متناوب وصل می‌شود، جریان هم در سیم پیچی میدان و هم در سیم پیچی آرمیچر (و در میدانهای مغناطیسی منتجه) همزمان تغییر می‌کند و بنابراین نیروی مکانیکی ایجاد شده همواره بدون تغییر خواهد بود. در عمل موتور بایستی به صورت خاصی طراحی شود تا با جریان AC سازگاری داشته باشد (امپدانس/راکتانس بایستی مدنظر قرار گیرند) و موتور نهایی عموماً دارای کارایی کمتری نسبت به یک موتور معادل DC خالص خواهد بود.

مزیت این موتورها این است که می‌توان تغذیه AC را روی موتورهایی که دارای مشخصه‌های نوعی موتورهای DC هستند بکار برد، خصوصاً اینکه این موتورها دارای گشتاور راه اندازی بسیار بالا و طراحی بسیار جمع و جور در سرعتهای بالا هستند. جنبه منفی این موتورها تعمیر و نگهداری و مشکل قابلیت اطمینان آنهاست که به علت وجود کموتاتور ایجاد می‌شود و در نتیجه این موتورها به ندرت در صنایع مشاهده می‌شوند، اما عمومی‌ترین موتورهای AC در دستگاههایی نظیر مخلوط کن و ابزارهای برقی که گاهاً استفاده می‌شوند، هستند.

موتورهای AC

  • موتورهای AC تک فاز:
معمولترین موتور تک فاز موتور سنکرون قطب چاکدار است، که اغلب در دستگاه هایی بکار می رود که گشتاور پایین نیاز دارند، نظیر پنکه‌های برقی ، اجاقهای ماکروویو و دیگر لوازم خانگی کوچک. نوع دیگر موتور AC تک فاز موتور القایی است، که اغلب در لوازم بزرگ نظیر ماشین لباسشویی و خشک کن لباس بکار می‌رود. عموماً این موتورها می‌توانند گشتاور راه اندازی بزرگتری را با استفاده از یک سیم پیچ راه انداز به همراه یک خازن راه انداز و یک کلید گریز از مرکز ، ایجاد کنند.

هنگام راه اندازی ، خازن و سیم پیچ راه اندازی از طریق یک دسته از کنتاکتهای تحت فشار فنر روی کلید گریز از مرکز دوار ، به منبع برق متصل می‌شوند. خازن به افزایش گشتاور راه اندازی موتور کمک می‌کند. هنگامی که موتور به سرعت نامی رسید، کلید گریز از مرکز فعال شده ، دسته کنتاکتها فعال می‌شود، خازن و سیم پیچ راه انداز سری شده را از منبع برق جدا می‌سازد، در این هنگام موتور تنها با سیم پیچ اصلی عمل می‌کند.


  • موتورهای AC سه فاز:
برای کاربردهای نیازمند به توان بالاتر، از موتورهای القایی سه فاز AC (یا چند فاز) استفاده می‌شود. این موتورها از اختلاف فاز موجود بین فازهای تغذیه چند فاز الکتریکی برای ایجاد یک میدان الکترومغناطیسی دوار درونشان ، استفاده می‌کنند. اغلب ، روتور شامل تعدادی هادیهای مسی است که در فولاد قرار داده شده‌اند. از طریق القای الکترومغناطیسی میدان مغناطیسی دوار در این هادیها القای جریان می‌کند، که در نتیجه منجر به ایجاد یک میدان مغناطیسی متعادل کننده شده و موجب می‌شود که موتور در جهت گردش میدان به حرکت در آید.

این نوع از موتور با نام موتور القایی معروف است. برای اینکه این موتور به حرکت درآید بایستی همواره موتور با سرعتی کمتر از فرکانس منبع تغذیه اعمالی به موتور ، بچرخد، چرا که در غیر این صورت میدان متعادل کننده‌های در روتور ایجاد نخواهد شد. استفاده از این نوع موتور در کاربردهای ترکشن نظیر لوکوموتیوها ، که در آن به موتور ترکشن آسنکرون معروف است، روز به روز در حال افزایش است. به سیم پیچهای روتور جریان میدان جدایی اعمال می‌شود تا یک میدان مغناطیسی پیوسته ایجاد شود، که در موتور سنکرون وجود دارد، موتور به صورت همزمان با میدان مغناطیسی دوار ناشی از برق AC سه فاز ، به گردش در می‌آید. موتورهای سنکرون را می‌توانیم به عنوان مولد جریان هم بکار برد.

سرعت موتور AC در ابتدا به فرکانس تغذیه بستگی دارد و مقدار لغزش ، یا اختلاف در سرعت چرخش بین روتور و میدان استاتور ، گشتاور تولیدی موتور را تعیین می‌کند. تغییر سرعت در این نوع از موتورها را می‌توان با داشتن دسته سیم پیچها یا قطبهایی در موتور که با روشن و خاموش کردنشان سرعت میدان دوار مغناطیسی تغییر می‌کند، ممکن ساخت. به هر حال با پیشرفت الکترونیک قدرت می توانیم با تغییر دادن فرکانس منبع تغذیه ، کنترل یکنواخت تری بر روی سرعت موتورها داشته باشیم.

موتورهای پله‌ای

نوع دیگری از موتورهای الکتریکی موتور پله‌ای است، که در آن یک روتور درونی ، شامل آهنرباهای دائمی توسط یک دسته از آهنرباهای خارجی که به صورت الکترونیکی روشن و خاموش می‌شوند، کنترل می‌شود. یک موتور پله‌ای ترکیبی از یک موتور الکتریکی DC و یک سلونوئید است. موتورهای پله‌ای ساده توسط بخشی از یک سیستم دنده‌ای در حالتهای موقعیتی معینی قرار می‌گیرند، اما موتورهای پله‌ای نسبتا کنترل شده ، می‌توانند بسیار آرام بچرخند. موتورهای پله‌ای کنترل شده با کامپیوتر یکی از فرمهای سیستمهای تنظیم موقعیت است، بویژه وقتی که بخشی از یک سیستم دیجیتال دارای کنترل فرمان یار باشند.

موتورهای خطی

یک موتور خطی اساساً یک موتور الکتریکی است که از حالت دوار در آمده تا بجای اینکه یک گشتاور (چرخش) گردشی تولید کند، یک نیروی خطی توسط ایجاد یک میدان الکترومغناطیسی سیار در طولش ، بوجود آورد. موتورهای خطی اغلب موتورهای القایی یا پله‌ای هستند. می‌توانید یک موتور خطی را در یک قطار سریع السیر ماگلیو مشاهده کنید که در آن قطار روی زمین پرواز می‌کند

منبع: دانشنامه رشد

+ نوشته شده در  پنجشنبه 11 آبان1385ساعت   توسط علیرضا کریمی |  نظر بدهید

مقدمه

دیودها جریان الکتریکی را در یک جهت از خود عبور می‌‌دهند و در جهت دیگر در مقابل عبور جریان از خود مقاومت بالایی نشان می‌‌دهند. این خاصیت آنها باعث شده بود تا در سالهای اولیه ساخت این وسیله الکترونیکی ، به آن دریچه یا Valve هم اطلاق شود. از لحاظ الکتریکی یک دیود هنگامی عبور جریان را از خود ممکن می‌‌سازد که شما با برقرار کردن ولتاژ در جهت درست (+ به آند و - به کاتد) آنرا آماده کار کنید. مقدار ولتاژی که باعث می‌شود تا دیود شروع به هدایت جریان الکتریکی نماید ولتاژ آستانه یا (forward voltage drop) نامیده می‌شود که چیزی حدود 0.6 تا 0.6 ولت می‌‌باشد.



img/daneshnameh_up/a/ac/diode-2.gif

ولتاژ معکوس

هنگامی که شما ولتاژ معکوس به دیود متصل می‌‌کنید (+ به کاتد و - به آند) جریانی از دیود عبور نمی‌کند، مگر جریان بسیار کمی که به جریان نشتی یا Leakage معرف است که در حدود چند µA یا حتی کمتر می‌‌باشد. این مقدار جریان معمولآ در اغلب مدارهای الکترونیکی قابل صرفنظر کردن بوده و تأثیر در رفتار سایر المانهای مدار نمی‌گذارد. اما نکته مهم آنکه تمام دیودها یک آستانه برای حداکثر ولتاژ معکوس دارند که اگر ولتاژ معکوس بیش از آن شود دیود می‌‌سوزد و جریان را در جهت معکوس هم عبور می‌‌دهد. به این ولتاژ آستانه شکست یا Breakdown گفته می‌شود.



img/daneshnameh_up/6/68/diode-1.gif

دسته بندی دیودها

در دسته بندی اصلی ، دیودها را به سه قسمت اصلی تقسیم می‌‌کنند، دیودهای سیگنال (Signal) که برای آشکار سازی در رادیو بکار می‌‌روند و جریانی در حد میلی آمپر از خود عبور می‌‌دهند، دیودهای یکسو کننده (Rectifiers) که برای یکسو سازی جریانهای متناوب بکار برده می‌‌شوند و توانایی عبور جریانهای زیاد را دارند و بالاخره دیودهای زنر (Zener) که برای تثبیت ولتاژ از آنها استفاده می‌شود.

اختراع دیود پلاستیکی (plastic diode)

محققان فیزیک دانشگاه اوهایو (Ohio State University) توانستند دیود تونل پلیمری اختراع کنند. این قطعه الکترونیکی منجر به ساخت نسل آینده حافظه‌های پلاستیکی کامپیوتری و چیپهای مدارات منطقی خواهد شد. این قطعات کم مصرف و انعطاف پذیر خواهند بود. ایده اصلی از سال 2003 که یک دانشجوی کارشناسی دانشگاه اوهایو ، سیتا اسار ، شروع به طراحی سلول خورشیدی پلاستیکی نمود بوجود آمد. تیم پژوهشی توسط پاول برگر (Paul Berger) ، پروفسور الکترونیک و مهندسی کامپیوتر و همچنین پروفسور فیزیک دانشگاه اوهایو رهبری می‌شود.

منبع: دانشنامه رشد

+ نوشته شده در  پنجشنبه 11 آبان1385ساعت   توسط علیرضا کریمی |  نظر بدهید
الکترونیک مطالعه و استفاده از وسائل الکتریکی ای می باشد که با کنترل جریان الکترون ها یا ذرات باردار الکتریکی دیگر در اسبابی مانند لامپ خلا و نیمه هادی ها کار می کنند. مطالعه محض چنین وسائلی ، شاخه ای از فیزیک است، حال آن که طراحی و ساخت مدارهای الکتریکی جزئی از رشته های مهندسی برق، الکترونیک و کامپیوتر می باشد.

img/daneshnameh_up/b/b4/kit.gif

سالهاست که واژه" الکترونیک" به طور مکرر در میان مردم استفاده می شود به طوریکه هر شخصی برداشت انفرادی خود را از این علم ویا موارد کاربردی آن مطرح می کند ، اما به صورت کلی عمدتا تعاریف و برداشتهایی که از این واژه عنوان می شود کامل نبوده و برداشتهای ظاهری عملا نمی تواند اهمیت و نفوذ روز افزون الکترونیک را در ارتباط باصنایع گوناگون بیان کند.

"الکترونیک" به طیف گسترده ای از الکتریسیته اطلاق می شود که با حرکت الکترونها در انواع مدارات نیمه هادی سر و کار دارد . اختراع ICها سبب آن شده است که دگر گونی های فراوانی در این علم پدیدار گشته و سیستمهای مدرن الکترونیکی از جمله مدارهای کنترل از راه دور ، ماهواره های فضایی ، رباتها و ... را پدید آورد.

در حال حاضر الکترونیک کلید فتح شگفتیهای جهان است و با تمام علوم و فنون موجود به نحوی پیوند خورده است . از وسائل ساده خانگی تا پیچیده ترین تکنیک های فضایی همه جا صحبت از تکنولوژی فراگیر الکترونیکی است و امروز صنعت مدرن بدون الکترونیک و تکنولوژی های وابسته به آن عملا مطرود و از کار افتاده است .

پیشرفت علم الکترونیک و وسعت حوزه عملکرد آن امروز بر همگان روشن است. علاوه بر وسائل الکترونیکی از جمله دستگاههای مخابراتی مثل رادیو ،تلویزیون ، ضبط صوت و تصویر ،انواع وسائل پزشکی ، صنعتی ،نظامی ، در دیگر وسائل غیر الکترونیکی هم ، کمتر وسیله ای را می توان یافت که الکترونیک در آن دخالتی نکرده باشد. از جمله در اتومبیل و صنایع حمل و نقل ، وسائل خانگی مثل ماشین لباسشوئی ،جاروبرقی و امثال آن نقش الکترونیک بسیار فعال و جالب توجه شده است.
با توجه به این مختصر می توان نتیجه گرفت که امروزه ، دیگر الکترونیک علم و یا تخصص ویژه افرا تحصیلکرده دانشگاهی و متخصصین این رشته نیست و بر همه افرادی که به نحوی با امور فنی درگیرند لازم است بفراخور حرفه خویش از این رشته اطلاعی داشته باشند.

مهندسان الکترونیک با خلق وعملکرد سیستمهای بسیار متنوعی سر وکار دارند که به منظور برآوردن نیازها و خواسته های جامعه طراحی می شوند. مهندسان الکترونیک در ایجاد ماشینهایی که تواناییهای بشر را در زمینه جسمی یاری و در زمینه محاسباتی افزایش می دهند نقش مهمی دارند . بخشی از طراحی و ایجاد سیستمهای الکترونیکی به توانایی ساخت مدلهای ریاضی اجزا و مدارهای الکتریکی بستگی دارد .برخی از مباحث پایه الکترونیک عبارتند از :

مدار های الکتریکی:


  1. مقاومت
  2. خازن
  3. سلف
  4. ترانسفورماتور
  5. دیود
  6. ترانزیستور
  7. IC
  8. تقویت کننده های عملیاتی
  9. مبدلها

نمایشگر اعداد دیجیتالی (seven segment)

الف-تعریف seven segment
1-ساعت دیجیتالی
2-ماشین حساب
3-ترازوی دیجیتالی

منبع: دانشنامه رشد

+ نوشته شده در  پنجشنبه 11 آبان1385ساعت   توسط علیرضا کریمی |  یک نظر

اجسام نیم رسانا

دید کلی

معمولاُ اجسام از لحاظ عبور یا عدم عبور الکتریسیته به دو دسته رسانا و عایق تقسیم می‌شود. اما گروه دیگری از اجسام نیز وجود دارد که بطور کامل رسانا و نه بطور کامل نارساناست. این گروه خاص از اجسام را نیم رسانا می‌گویند.



img/daneshnameh_up/b/bc/semiconductor1.JPG

انواع نیم رسانا

نیم رسانای ذاتی

بخش عمده الکترونیک نوین ، وابسته به کاربرد مواد نیرم رسانا است. دیودهای نورگسیل « LEDها) ترانزیستورها و باتریهای خورشیدی از جمله عناصر الکترونیکی متداولی هستند که از نیم رساناها استفاده می‌کنند. نیم رساناهایی مانند Cds و ورمیلیون (Hgs) رنگهای درخشان دارند و هنرمندان نقاشی ، از آنها استفاده می‌کنند. آنچه که تعیین کننده خواص الکترونیکی نیم رسانا است گاف انرژی (گاف نواری). بین ظرفیت و نوار و رسانش است. در بعضی مواد مانند Cds این شکاف اندازه ثابتی دارد. این مواد ، نیم رساناهای ذاتی نامیده می‌شود.

هنگامی که نور سفید ، با نیم رسانا برهمکنش می‌کند الکترونها تحریک شده و به نوار رسانش می‌روند. Cds ، نور بنفش و تا حدودی نور آبی را در می‌آشامد. اما انرژی سایر بسامدها ، کمتر از انرژی لازم برای برانگیختن یک الکترون ورای گاف انرژی است. این بسامدها بازتاب می‌یابند و رنگی که مشاهده می‌کنیم، زرد است. در برخی نیم رساناها مانند GoAS و Pbs ، گاف نواری ، چنان کوچک است که تمام بسامدهای نور مرئی در آنها دیده می‌شوند. هیچ نور مرئی بازتابی وجود ندارد و ماده تیره رنگ است.



img/daneshnameh_up/a/aa/conductor.JPG

نیم رسانای مصنوعی

در بیشتر نیم رساناها که غیر ذاتی نامیده می‌شوند، اندازه گاف نواری ، با افزودن دقیق ناخالصیهایی کنترل می‌شود، که این فرآیند تقویت نامیده می‌شود. سیستم عمل تقویت روی سیلیکون یکی از متداولترین نیم رساناهاست.

نیم رسانای نوع n

وقتی به سیلیکون ، ناخالصی فسفر افزوده شود، تراز انرژی اتمی فسفر ، دقیقا در زیر نوار رسانش سیلیکون قرار می‌گیرد.
هر اتم فسفر ، 4 الکترون از 5 الکترون ظرفیتش را تشکیل نمونه با 4 اتم si مجاور بکار می‌برد و انرژی گرمایی به تنهایی کافی است تا باعث شود، الکترون اضافی ظرفیت به نوار رسانش بر انگیخته شده به یک یون p غیر متحرک را بر جای گذارد. اتمهای فسفر ، دهنده نامیده می‌شود. رسانش الکتریکی در این نوع نیم رسانا عمدتا در اثر حرکت الکترونهای حاصل از اتمهای دهنده در نوار رسانش، به وجود می‌آید. این نوع نیم رسانا نوع n نامیده میشود که در آن n به معنی منفی است، این نوعی بار الکتریکی که توسط الکترونها حمل می‌شود.

نیم رسانای نوع p

وقتی به سیلیکون ناخالص آلومینیم افزوده می‌شود. تراز انرژی اتمهای AL که اتمهای پذیرنده نامیده می‌شوند، درست بالای نوار ظرفیت سیلیکون قرار می‌گیرد. با سه اتم Si مجاور پیوند جفت الکترونی منظمی تشکیل می‌دهد. اما با چهارمین اتم Si فقط یک پیوند تک الکترونی تشکیل می‌دهد. یک الکترون به راحتی از نوار ظرفیت یک اتم آلومینیوم در تراز پذیرنده بر انگیخته می‌شود. در نهایت ، یک یون منفی تا A غیر متحرک بوجود می‌آمد و در نتیجه این فرآیند یک حفره مثبت در نوار ظرفیت پدیدار می‌شود. از آنجا که رسانش الکتریکی در این نوع نیم رسانا عمدتا شامل حرکت حفره‌های مثبت است این نوع نیم رسانا ، نوع P نامیده می‌شود.




کاربرد نیم رساناها در باطری خورشیدی

یک سلول خورشیدی که از نیم رساناها ساخته شده از سیلیکون استفاده می‌شود. لایه نازکی از نیم رسانای نوع P با یک نیم رسانای نوع n ، در ناحیه‌ای به نام پیوندگاه در تماس است. عمدتا عبور الکترونها و حفره‌های مثبت از میان پیوندگاه بسیار محدود است. زیرا چنین حرکتی ، منجر به تفکیک بار می‌شود: حفره‌های سبک ناشی از نیم رسانای نوع p که از پیوندگاه عبور می‌کنند ناگزیر از یونهای غیر متحرک تا A جدا خواهند شد و الکترونهای ناشی از نیم رسانای نوع n که از پیوندگاه عبور می‌کنند به ناچار از یونهای غیر متحرک +P جدا می‌شوند.

حال در نظر بگیرید که نیم رسانای نوع p در معرض باریکه‌ای از نور قرار گیرد. الکترونهای واقع در نوار ظرفیت ، می‌توانند انرژی ، در آشامیده و همراه با ایجاد حفره‌های مثبت در نوار ظرفیت ، به لایه رسانش ارتقاء یابند. الکترونهای رسانش بر خلاف حفره‌های مثبت می‌توانند به راحتی از پیوندگاه عبور کرده وارد نیم رسانای نوع n شوند. این عمل ، سفارش الکترونها (جریان الکتریکی) را برقرار می‌کند. الکترونها می‌توانند توسط سیمها از میان یک مصرف کننده خارجی مانند لامپها ، موتورهای الکتریکی و … انتقال پیدا کنند و سرانجام به نیم رسانای نوع p باز گردند. جایی که آنها حفره‌های مثبت را پر می‌کنند
+ نوشته شده در  پنجشنبه 11 آبان1385ساعت   توسط علیرضا کریمی |  نظر بدهید

مقاومت الکتریکی

یک مقاومت ایده‌ال عنصری است با یک مقاومت الکتریکی که صرفنظر از ولتاژ اعمالی به دو سرش یا جریان الکتریکی عبوری از آن ، ثابت می‌ماند. اما بدلیل اینکه مقاومتهای جهان واقعی نمی‌توانند این شرایط ایده‌ال را برآورده سازند، آنها را بگونه‌ای طراحی می‌کنند که در برابر تغییرات دما و دیگر عوامل محیطی ، نوسانات کمی در مقاومت الکتریکی شان ایجاد شود. مقاومتها ممکن است که ثابت یا متغییر باشند. مقاومتهای متغیر پتانسیومتر یا رئوستا نیز خوانده می‌شوند و این اجازه را می‌دهند که مقاومت وسیله توسط تنظیم یک میله یا لغزش یک ابزار کنترلی ، تغییر کند.

تشخیص مقدار مقاومت با استفاده از نوارهای رنگی

مقاومتهای توان کم دارای ابعاد کوچک هستند، به همین دلیل مقدار مقاومت و تولرانس را بوسیله نوارهای رنگی مشخص می‌کنند که خود این روش به دو شکل صورت می‌گیرد:
  1. روش چهار نواری
  2. روش پنج نواری
روش اول برای مقاومتهای با تولرانس 2% به بالا استفاده می‌شود و روش دوم برای مقاومتهای دقیق و خیلی دقیق تولرانس کمتر از 2%) استفاده می‌شود. در اینجا به روش اول که معمولتر است می‌پردازیم. به جدول زیر توجه نمائید. هر کدام از این رنگها معرف یک عدد هستند:



0 سیاه
1 قهوه‌ای
2 قرمز
3 نارنجی
4 زرد
5 سبز
6 آبی
7 بنفش
8 خاکستری
9 سفید

دو رنگ دیگر هم روی مقاومتها به چشم می‌خورد: طلایی و نقره‌ای ، که روی یک مقاومت یا فقط طلایی وجود دارد یا نقره‌ای. اگر یک سر مقاومت به رنگ طلایی یا نقره‌ای بود ، ما از طرف دیگر مقاومت ، شروع به خواندن رنگها می‌کنیم. و عدد متناظر با رنگ اول را یادداشت می‌کنیم. سپس عدد متناظر با رنگ دوم را کنار عدد اول می‌نویسیم. سپس به رنگ سوم دقت می‌کنیم. عدد معادل آنرا یافته و به تعداد آن عدد ، صفر می‌گذاریم جلوی دو عدد قبلی( در واقع رنگ سوم معرف ضریب است ). عدد بدست آمده ، مقدار مقاومت برحسب اهم است. که آنرا می‌توان به کیلواهم نیز تبدیل کرد.

ساخت هر مقاومت با خطا همراه است. یعنی ممکن است 5% یا 10% یا 20%خطا داشته باشیم . اگر یک طرف مقاومت به رنگ طلایی بود ، نشان دهنده مقاومتی با خطا یا تولرانس 5 % است و اگر نقره‌ای بود نمایانگر مقاومتی با خطای 10% است.اما اگر مقاومتی فاقد نوار چهارم بود، بی رنگ محسوب شده و تولرانس آن را 20 %در نظر می‌گیریم.

به مثال زیر توجه نمایید:





img/daneshnameh_up/6/67/Moghavemat4.jpg




از سمت چپ شروع به خواندن می‌کنیم. رنگ زرد معادل عدد 4 ، رنگ بنفش معادل عدد 7 ، رنگ قرمز معادل عدد 2 ، و رنگ طلایی معادل تولرانس ٪5 می‌باشد. پس مقدار مقاومت بدون در نظر گرفتن تولرانس ، مساوی 4700 اهم ، یا 4.7 کیلو اهم است و برای محاسبه خطا عدد4700 را ضربدر 5 و تقسیم بر 100 می‌کنیم، که بدست می‌آید: 235
4935 = 235 + 4700

4465 = 235 - 4700

مقدار واقعی مقاومت چیزی بین 4465 اهم تا 4935 اهم می‌باشد.

منبع: دانشنامه رشد

+ نوشته شده در  سه شنبه 2 آبان1385ساعت   توسط علیرضا کریمی |  6 نظر

تصویر

جریان مستقیم
جریان مستقیم (DC یا جریان پیوسته) ، عبور پیوسته جریان الکتریسیته از یک هادی نظیر یک سیم از پتانسیل بالا به پتانسیل کم است. در جریان مستقیم ، بار الکتریکی همواره در یک جهت عبور می‌کند که این امر جریان مستقیم را از جریان متناوب (AC) متمایز می‌کند...............

 

 


ادامه مطلب
+ نوشته شده در  سه شنبه 2 آبان1385ساعت   توسط علیرضا کریمی |  نظر بدهید

قوس الکتریکی

تاریخچه :


در سال 1802 پتروف (V.P.Petrof) کشف کرد که اگر دو تکه زغال چوب را به قطب های باتری بزرگی وصل کنیم و آنها را به هم تماس دهیم و سپس کمی از هم جدا کنیم شعله روشنی بین دو تکه زغال دیده می شود. و انتهای آنها که از شدت گرما سفید شده است نور خیره کننده ای گسیل می دارد. قوس الکتریکی هفت سال بعد دیوی (H.Davy) فیزیکدان انگلیسی این پدیده را مشاهده نمود و پیشنهاد کرد که این پدیده به احترام ولتا قوس ولتا نامیده شود.
+ نوشته شده در  سه شنبه 21 آذر1385ساعت 23:37  توسط جلال  | 

اثر پوکلز

تازه کردن چاپ
علوم طبیعت > فیزیک > اپتیک > اپتیک هندسی
(cached)


دیدکلی

اثر پوکلز در برخی بلورها که فاقد یک مرکز تقارن‌اند، وجود دارد. به عبارت دیگر ، بلورها فاقد نقطه مرکزی هستند که از آن نقطه هر اتم می‌تواند به داخل یک اتم مشابه بازتاب پیدا کند. 32 رده تقارن بلوری وجود دارد و از بین آنها 20 تا ممکن است اثر پوکلز را نشان دهند. ضمنا همین 20 رده پیزو الکتریک (عایق‌هایی که در درونشان ممان دوقطبی وجود دارد و برای خنثی کردن این ممان دو قطبی‌ها ، در خلاف جهت ممان دو قطبی داخلی ، رویشان توزیع بار بوجود می‌آید) هستند. به این ترتیب بسیاری از بلورها و تمامی مایعات از نشان دادن اثر الکترونوری خطی مستثنی هستند.

تاریخچه

نخستین بار فیزیکدان آلمانی ، ((آلوین پوکلز|فردیش کارل آلوین پوکلز (Friedrich Card Alwin Pockels) در سال 1893_1272 این پدیده را در سطح وسیعی مورد مطالعه قرار داد. این پدیده یک اثر الکترونوری خطی است.

ساخت اتاقک پوکلز

برای ساختن اتاقک عملی پوکلز که به عنوان مدوله‌ساز عمل می‌کرد، می‌بایست تا سالهای 1940 انتظار می‌کشیدند، تا بلورهای مناسب تکامل پیدا کنند. اصل عمل کننده برای چنین ابزاری بطور خلاصه تغییر الکترونی دو شکستی (دو ضریب شکست متفاوت به نام ضریب شکست غیر عادی و عادی) توسط یک میدان الکتریکی اعمال شده نظام یافته تامین می‌شود. پس افت ولتاژ را می‌توان بطور دلخواه تغییر داد و از آنجا حالت قطبش موج خطی فرودی را تغییر داد. بدین طریق دستگاه به عنوان یک مدوله ساز قطبش کار می‌کند. دستگاههای قدیمی از آمونیوم دی‌هیدروژن فسفات یا ADP و پتاسیم دی‌هیدروژن فسفات به نام KDP ساخته شده‌اند، و هر دو هنوز هم در سطح وسیعی کاربرد دارند.

مشخصات اتاقک پوکلز

اتاقک پوکلز عبارت است از یک بلور مناسب فاقد تقارن مرکزی و سست یافته منفرد ، که در میدان الکتریکی قابل کنترل غوطه‌ور است. در این قبیل دستگاهها که نوعا در ولتاژهای نسبتا پایین کار می‌کنند، آنها خطی هستند. زمان پاسخ KDP خیلی کوتاه است، نوعا کمتر از 10 نانو ثانیه بوده و می‌تواند یک باریکه نور را تا فرکانس هرتز مدوله کند. از آنجا که باریکه نور الکترودها را می‌پیماید، آنها را معمولا از روکش‌های اکسید فلزی شفاف مانند ، غشای فلزی نازک ، توریها یا حلقه‌ها می‌سازند. خود بلور در غیاب میدان اعمال شده تک محور است و طوری ترازمندی می‌شود که محور نوری آن در راستای انتشار باریکه قرار گیرد.

کاربردها

اتاقک‌های پوکلز به عنوان بستاور بسیار سریع ، سوئیچ‌های Q برای لیزرها و جریان مستقیم برای مدوله کننده‌های نوری تا 30GHz بکار رفته‌اند. آنها همچنین در گستره وسعی از دستگاههای الکترو نوری مانند شیوه های نمایاندن پردازش داده‌ها بکار می‌روند.

چشم انداز

بر سر پژوهش پیرامون بلورهای الکترونوری تلاشهای فراوانی انجام شده است. گسترش این مواد بطور پیوسته اسامی بیگانه‌ای را به تکنولوژی نامانوس جدید افزده است. از جمله این اسامی می‌توان به لیتیوم تانتالات ، روبیدیوم دی‌هیدروژن فسفات ، لیتیوم نیوبات اشاره کرد.

مباحث مرتبط با عنوان

میکروفن

تازه کردن چاپ
مهندسی و فن‌آوری > مهندسی > مهندسی الکترومکانیک
علوم طبیعت > فیزیک > فیزیک کلاسیک > آکوستیک
(cached)

مقدمه

میکروفوها تراگذارهایی هستند که انرژی آکوستیکی را به انرژی الکتریکی مبدل می‌سازند. این تراگذارها اگر در هوا کار کنند میکروفون و اگر در آب کار کنند هیدروفون نامیده می‌شوند. میکروفونها برای دو مقصود عمده بکار می‌روند. نخست ، برای تبدیل گفتار یا موسیقی به سیگنالهای الکتریکی که بوسیله انتقال یا بوسیله عمل دیگری گفتار یا موسیقی را دوباره تولید می‌کند. دوم ، میکروفونها را به عنوان دستگاه اندازه گیری بکار می‌برند؛ بدین سان که انرژی سیگنالهای آکوستیکی را بوسیله آنها به جریان الکتریسیته تبدیل می‌کنند و این جریان ر ا به دستگاههای اندازه گیری دیگری وارد می‌سازند.



img/daneshnameh_up/0/01/microphone1.jpg

پدیده‌های تبدیل انرژی آکوستیکی به انرژی الکتریکی

پدیده‌های فیزیک گوناگونی برای تبدیل انرژی آکوستیکی به انرژی الکتریکی مورد استفاده قرار می‌گیرند. این پدیده‌ها شامل ‌القای الکترومانتیتیک ، اثر پیزوالکتریک ، مغناطو تنگش ، تغییرات ظرفیت خازن و تغییرات مقاومت گرد زغال ، متراکم می‌شود. قبل از آنکه استعمال تقویت کننده‌هایی که با چراغهای تقویت کننده کار می‌کنند بسط و توسعه یابد، حساس نبودن طبیعی تمام پدیده‌های نامبرده ، بویژه پدیده آخرین ، سبب گردیده بود که آنها را در موارد عملی کمتر استعمال کنند و از اینرو پیوسته میکروفون کربن دار بکار می‌بردند.

ولی اکنون با ولتاژ و توان قابل ملاحظه‌ای که به کمک دستگاههای تقویت کننده یا لامپهای خلا بدست می‌آوریم، می‌توانیم میکروفونهایی را بکار بریم که حساسیتشان بارها کمتر است؛ مانند میکروفونهای الکترودینامیک ، میکروفونهای بلوری ، میکروفونهای خازنی ، ولی در عوض برتری اینگونه میکروفونها بر سایرین این است که پاسخ آنها خیلی یکنواخت‌تر است و نوفه که از ویژگیهای این قبیل دستگاههاست در آنها وجود ندارد. تمام میکروفونها را برای این بکار می‌برند که تغییرات متناوب فشار آکوستیکی درون محیط را تبدیل کنند به تغییرات مشابهی از ولت یا جریان در داخل مدار الکتریکی که متصل به آن است.

اگر پاسخ الکتریکی میکروفون ، مربوط به تغییرات گرادیان فشار نامیده می‌شوند. همچنین می‌توان میکروفونها را به دو دسته صوتی - توانی و صوت - کنترلی تقسیم کرد. در میکروفونهای صوت - توانی انرژی صوتی موج تابش موجب پیدایش انرژی الکتریکی در مدار میکروفون می‌گردد. در میکروفونهای صوت - کنترلی موجهای آکوستیکی فقط جریان الکتریسیته‌ای که از باتری یا منبع توان دیگری به میکروفون می‌رسد کنترل می‌کند.

میکروفونهای زغالی

میکروفونهای زغالی معمولا در دستگاههای تلفن و رادیو برای مقاصد ارتباطی بکار می‌روند. در این موارد ، باز داده الکتریکی نسبتا زیاد ، کمی قیمت و دوام آنها بیش از هماندهی پاسخ دستگاه دارای اهمیت است. عمل این میکروفونها تابع عمل تغییر مقاومت محفظه کوچکی است که از گرد زغال پر شده است و این محفظه با دکمه زغالی می‌نامند. در وسط دیافراگم زایده‌ای نصب گردیده که از طرف دیگر بر دکمه زغالی متکی است.

وقتی دیافراگم جابجا شود زایده متصل به آن ، فشار وارد به محفظه را که شامل گرد زغالی است تغییر می‌دهد و در نتیجه مقاومت الکتریکی از ذره‌ای به ذره‌ای دیگر نیز تغییر می‌کند، بطوری که مقاومت کلی دکمه زغالی ، که در حدود 100 اهم است، به پیروی از تغییر فشار آکوستیکی که بر دیافراگم وارد می‌شود تقریبا بطور خطی تغییر می‌کند.

میکروفون خازنی

میکروفون خازنی دستگاهی است که عمل آن تابع تغییرات ظرفیت الکتریکی بین یک صفحه ثابت و یک دیافراگم است که خیلی محکم از اطراف کشیده شده باشد. تکمیل این میکروفون در سال 1917 بوسیله ونت را می‌توان اساس و پایه مهمی در تاریخ الکترو آکوستیک جدید شناخت و سالهای درازی این نوع میکروفون به عنوان یک دستگاه صوتی که دارای خصوصیتهای برجسته باشد پذیرفته همگان بوده است. با این وجود میکروفون خازنی نقصهای متعددی دارد؛ از جمله اینکه امپدانس درونی آن بسیار است و بواسطه همین خاصیت لازم می‌شود که در موقع استعمال ، آنرا با یک تقویت کننده مقدماتی به طریقی بسیار نزدیک همراه سازند و این امر سبب می‌گردد که در داخل امپدانس فوق العاده زیادی که برای تریدون میکروفون با تقویت کننده مقدمتی لازم است تولید نوفه گردد.

برای این میکروفون یک ولتاژ پلاریزه کننده که بتواند در فاصله 200 تا 400 ولت تغییر کند لازم است و این ولتاژ را یا باید از باتری گرفت و یا بوسیله یک دستگاه مستقیم کننده بازاده‌شان بوسیله صافی خیلی خوب تصفیه شده باشد تأمین کرد. در نتیجه این نقصها بجای استعمال میکروفون خازنی میکروفونهای بلوردار یا میکروفونهای الکترودینامیک را در بسیاری از دستگاههای صوتی بکار می‌برند، ولی کاربرد زیاد آن به عنوان دستگاه استانده اولیه جهت تنظیم اسبابها در پژوهشهای آکوستیکی بواسطه دقت زیادی است که این میکروفون در موقع ضبط صوت دارد و از اینرو هنوز برای تأیید تجزیه و تحلیلهای تجربی مورد استفاده قرار می‌گیرد.

از آنجا که امپدانس درونی میکروفون از نوع ظرفیت است، اثر اولیه عمده ظرفیت کابل این است که بدون حذف بعضی از فرکانسها در آنها تنکش وارد سازد. میکروفونهای خازنی معمولی عموما برای تنظیم دستگاههای دیگر بکار می‌روند. برای این مقاصد الزام گذاشتن تقویت کننده مقدماتی در محفظه میکروفون عیبی ندارد، مگر اینکه چون اندازه فیزیکی میکروفون را زیاد می‌کند ممکن است پدیده پراش ایجاد شود و اندازه گیری موجهای صوتی را مخدوش سازد.

یکی از برتریهای میکروفون خازنی در موقعی که برای استانده کردن سایر کمیتها بکار می‌رود این است که مانند میکروفونهای الکترودینامیکی احتیاجی به ترانسفورماتور ترونده ندارد. بدین طریق از تغییراتی در نسبت ولتاژ ترانسفورماتور که سبب تغییر فرکانس و یا سبب تغییر بار می‌شود اجتناب می‌گردد و به علاوه پاسخ مدار باز میکروفون خارنی نسبت به تغییرات کمیتهای فیزیکی از قبیل مقاومت و مغناطیس شدن مستقل است. در اثر این خاصیت امکان دارد میکروفونهایی ساخت که از لحاظ فیزیکی کاملا مشابه باهم باشند و به علاوه تنظیم آنها ثابت بماند و با گذشتن زمان تغییر نکند و از آن راه بتوان دستگاهی را به کمک آن را بطور دقیقی تنظیم کرد و برای سایر کارها به کار برد.

میکروفونهای پیزوالکتریک

در میکروفونهای پیزوالکتریک بلورها یا دی الکتریکهایی بکار می‌برند که خاصیت این را دارند که وقتی تغییر شکلی در اثر فشار موجهای صوتی در آن پیدا شود، بطور الکتریکی پلاریزه شده و ولتاژی که تابع خطی تغییر شکل مکانیکی وارد است، ایجاد می‌کنند. اثر مستقیم خاصیت پیزوالکتریسیته در سال 1880 میلادی بوسیله برادران کوری کشف گردید.

اگر امتداد برش بلور چنان باشد که تراکم وارد در امتدادی که سبب گردد که سطح فوقانی نسبت به سطح تحتانی از لحاظ الکتریکی مثبت بشود، وقتی تراکم در همین امتداد به کشش تبدیل شود علامت بارهای الکتریکی روی دو سطح همچنین جهت ولتاژ روی آنها نیز تغییر علامت می‌دهند. در اثر عمل معکوس اگر بواسطه وارد کردن پتانسیل الکتریکی آن را پلاریزه کنیم، یعنی روی یکی از سطوح بار مثبت و بر روی دیگری بار منفی قرار گیرد، بلور تحت فشار واقع می‌شود.

وقتی موضوع بحث درباره میکروفونهای بلوری یا سرامیکی باشد انسان فقط علاقمند به اثر مستقیم خاصیت پیزوالکتریسته می‌شود. با این همه ، از آنجا که خاصیت پیزوالکتریسیته پدیده برگشت پذیر است، تمام انواع میکروفونهای پیزوالکتریک را می‌توان با وارد ساختن اختلاف پتانسیل متناوب به طرفین آنها به یک منبع صوتی ضعیف تبدیل کرد. نمک راشل قویترین خاصیت پیزوالکتریسیته را در میان تمام موادی که دارای این خاصیت هستند داراست و از اینرو غالبا استعمال آن را در طرحهای مربوط به میکروفونهای بلوری وارد می‌سازند. متأسفانه بریده‌های این نمک در اثر رطوبت خراب می‌شود و در دمای بیش از F 115˚ ضایع و غیر قابل استفاده می‌گردند.

برش X از این نمک که به زاویه ˚45 باشد بواسطه ضریب زیادی که در خاصیت تروش الکترومانیتیک داراد غالبا مورد استعمال دارد، ولی عیبش این است که خاصیت دی الکتریک آن بسیار متغیر است و این موضوع بر حساسیت یا بازداده ولتاژ بلور تأثیر می‌گذارد. برشهای بلوری که از بلور دی ایدروفسفات و آمونیوم مصنوعی بریده شده باشند و به اسم بلور ADP نامیده می‌شوند. عموما در ساختمان میکروفونهایی بکار می‌روند که باید در دمای زیادی استعمال گردند، زیرا اگر چه حساسیت آنها از نمک راشل کمتر است، ولی می‌توانند بدون خراب شدن در دمای بیش از F 200˚ بکار می‌روند. بعلاوه خاصیت پیزوالکتریسیته و دی الکتریک آنها هم در اثر تغییر دما خیلی کم تغییر می‌کند.

میکروفن سرامیکی

ماده پیزوالکتریک سودمند دیگری عبارت از سرامیکی است که از تیتانات دوباریم می‌سازند. این سرامیک را به این طریق پلاریزه می‌کنند که بر آن یک ولتاژ الکترواستاتیک ثابت در حدود 20000 ولت بر سانتیمتر به مدت چند دقیقه وارد می‌سازند. اگر بخواهیم که خاصیت که خاصیت پلاریزه بودن سرامیک فوق را زیاد کنیم باید دمای آن را از دمای کوری خود جسم که C 120˚ است بالاتر برده و ولتاژ خارجی پلاریزه کننده را هنگام سرد شدن سرامیک بر آن وارد سازیم.

میکروفونهایی که در آنها تیتانات دوباریم پلاریزه شده یا مواد مشابه بکار رفته باشند میکروفونهای سرامیکی نامیده می‌شوند. این گونه میکروفونها را ممکن است به نوبت همراه میکروفونهای بلوری بکار برد، ولی باید متوجه بود که حسایت آنها از میکروفونهای بلوری ADP یا میکروفونهایی که با نمک راشل ساخته شده‌اند به اندازه 10db کمتر است.

مزایا و معایب

برتری میکروفونهای سرامیکی بر میکروفونهای بلوری در این است که تحمل زیاد را دارند و در رطوبت زیاد هم ضایع نمی‌گردند. وقتی ماده خاصیت پیزوالکتریسیته را دارا باشد مقدار اختلاف پتانسیلی که در آن پیدا می‌شود، تابع نوع تغییر شکل و امتداد سطوح خارجی آن نسبت به محورهای مختلف بلور است. تغییر شکلهایی که در اثر خمش و حرکت عرضی و تراکم باشد تا بحال درباره آنها بکار رفته است. همچنین تغییر شکل را ممکن است بواسطه وارد ساختن موجهای صوتی مستقیم بر آنها بوجود آورد.

عیب عمده این قبیل میکروفونها در زیادی امپدانس مکانیکی عنصر ارتعاش کننده آنهاست. وقتی آنها را در داخل آبگونها بکار بریم زیادی امپدانس آنها اهمیتی ندارد، و به همین جهت تراگذارهایی (هیدروفونها) ساخته شده‌اند که عموما مورد استعمال دارند، ولی اگر بخواهیم آنها را در هوا بکار بریم بواسطه عدم تطبیق بسیار زیاد امپدانس مکانوآکوستیکی که موجود است، در اثر فشار معمولی موجهای آکوستیکی فقط ولتاژ بسیار کوچکی را نشان می‌دهند. در اینجا موجهای صوتی بر یک دیافراگم سبک وارد می‌شوند. وسط این دیافراگم سوزنی نصب شده که سر دیگر آن به گوشه یا کناره عنصر پیزوالکتریک متصل گشته است.

اگر چه عنصر پیزوالکتریک اینگونه میکروفونها را می‌توان فقط با یک عدد بلور به عنوان مولد ولتاژ انتخاب کرد، دو بلور به عنوان مولد ولتاژ انتخاب کرد، دو بلور را به هم می‌چسبانند و به نام بیمورف در میکروفون نصب می‌کنند. عموما امپدانس مکانیکی بیمورف از امپدانس مکانیکی یک بلور تنها که همان مقدار ولتاژ را ایجاد کند کمتر است. هر دو طرف هر کدام از بلورهای بیمورف را بوسیله روکش بسیار نازکی از فلز می‌پوشانند تا اتصال الکتریکی بهتر انجام گیرد. بلورها را می‌توان بطور سری یا موازی نسبت به یکدیگر نصب کرد. در حالتی که بطور سری نسبت به هم قرار گرفته باشند ولتاژ بیشتری تولید می‌کنند و اگر نسبت به یکدیگر موازی باشند امپدانس داخلی آنها کمتر می‌شود.

ولتاژ بازداده عنصر بیمورف متناسب است با دامنه تغییر شکل آن. بنابراین همانطوری که در مورد میکروفون خازنی عمل کردیم عنصر متحرک میکروفون را باید طوری طرح ریزی کرد که حرکت آن بوسیله سختی دستگاه نصب کنترل شود. در نتیجه باید ترتیبی بدهیم که فرکانش اصلی رزونانس مکانیکی کلی دستگاه ارتعاش ، شامل دیافراگم ، سوزن اتصال ، بیمورف تا اندازه بالاتر از فرکانسی باشد که می‌خواهیم در آن حدود پاسخ دستگاه نسبتا یکنواخت بشود. این شرط در انتخاب شایسته بیمورف و جرم کلی دستگاه حاصل می‌گردد.

موارد کاربرد

میکروفونهای پیزوالکتریک در موقع ایراد خطابه‌های عمومی استعمال فراوان دارند. همچنینی آنها را با تراز صداسنج و میکروفونهای کوچکی که درون گوش می‌گذارند، بکار می‌برند. برتری آنها در موارد استعمالی که ذکر کردیم در این است که پاسخ رضایت بخش نسبت به فرکانس ، حساسیت نسبتا زیاد ، بهای کم و حجم کوچکی دارند. می‌توان دیافراگمهای کم بهایی را که برای این کار تهیه شده پیدا کرد، که در فرکانسهای بین 20 تا 10000 سیکل بر ثانیه حداکثر تا کمتر از 5db نسبت به حساسیت متوسطشان تغییر کنند.

نمونه حساسیت متوسط 50db- برای یک ولت در هر میکروبار است. در حقیقت امپدانس الکتریکی میکروفون عبارت است از امپدانس الکتریکی ظرفیت دی الکتریک. به عنوان نمونه‌ای از مقدار این ظرفیت می‌توان 3000µf را نام برد. این ظرفیت نسبت به ظرفیت میکروفونهای خازنی بزرگتر است و از اینرو میکروفونهای پیزوالکتریک را ممکن است بوسیله کابلی که بسیار دراز نباشد به تقویت کننده مخصوص فرکانسهای شنیدنی متصل ساخت؛ پس بکار بردن تقویت کننده مقدماتی دیگر لزومی ندارد.

میکروفونهای الکترودینامیک با پیچک متحرک

میکروفون "دینامیک" یا میکروفون ساده با یک پیچک تنها شامل دیافراگم سبکی است که سیم پیچ کوچکی بطور یکپارچه به آن اتصال دارد، چنانکه دیافراگم و پیچک یک جسم سخت را تشکیل می‌دهند. اثر موجهای صوتی بر دیافراگم ، سبب می‌شود که پیچک در میدان مغناطیسی ثابت و دائمی حرکت کند، و در نتیجه نیروی محرکه الکتریکی به فرمول مقابل در آن پیدا می شود: e = Bvl.

در رابطه بالا B چگالی شار میدان مغناطیسی بر حسب وبر بر متر مربع ، l طول سیم پیچ بر حسب متر و ν سرعت حرکت سیم پیچ در داخل میدان بر حسب متر بر ثانیه است. اصولا میکروفون یا پیچک متحرک به بلندگوی با تابش مستقیم شبیه است، با فرق اینکه میکروفون بر عکس بلندگو انرژی صوتی را به انرژی الکتریکی تبدیل می کند. در عمل بلندگوهای با تابش مستقیم کوچکی که در تجارتخانه‌ها یا اداره‌ها بکار می‌روند معمولا کار میکروفون را هم انجام می‌دهند.

مباحث مرتبط با عنوان

پیزوالکتریسیته

از ویکی‌پدیا، دانشنامهٔ آزاد.

(تغییر مسیر از پیزوالکتریک)
Jump to: navigation, search

فهرست مندرجات

[مخفی شود]

[ویرایش] رفتار پیزوالکتریک

رفتار پیزوالکتریک یا پیزوالکتریسیته عبارتست از تولید الکتریسیته (ایجاد شده توسط پلاریزاسیون) توسط یک کریستال در اثر اعمال تنش.

[ویرایش] پیزوالکتریک معکوس

زمانی که یک میدان الکتریکی به یک کریستال پیزوالکتریک اعمال شود، تحت کرنش قرار می‌گیرد که اصطلاحا آن را رفتار پیزوالکتریک معکوس می‌نامند.

[ویرایش] شرایط پیزوالکتریک

شرط ضروری برای پیزوالکتریک بودن یک کریستال، عدم وجود تقارن مرکزی در ساختار کریستالی است.

[ویرایش] مثال‌هایی از مواد پیزوالکتریک

  • ترکیبات سرب-زیرکنات-تیتانات (PZT) با ساختار پروسکایت
  • ZnO
  • کوارتز

[ویرایش] جستارهای وابسته


+ نوشته شده در  سه شنبه 21 آذر1385ساعت 23:29  توسط جلال  | 

اثر پوکلز

تازه کردن چاپ
علوم طبیعت > فیزیک > اپتیک > اپتیک هندسی
(cached)


دیدکلی

اثر پوکلز در برخی بلورها که فاقد یک مرکز تقارن‌اند، وجود دارد. به عبارت دیگر ، بلورها فاقد نقطه مرکزی هستند که از آن نقطه هر اتم می‌تواند به داخل یک اتم مشابه بازتاب پیدا کند. 32 رده تقارن بلوری وجود دارد و از بین آنها 20 تا ممکن است اثر پوکلز را نشان دهند. ضمنا همین 20 رده پیزو الکتریک (عایق‌هایی که در درونشان ممان دوقطبی وجود دارد و برای خنثی کردن این ممان دو قطبی‌ها ، در خلاف جهت ممان دو قطبی داخلی ، رویشان توزیع بار بوجود می‌آید) هستند. به این ترتیب بسیاری از بلورها و تمامی مایعات از نشان دادن اثر الکترونوری خطی مستثنی هستند.

تاریخچه

نخستین بار فیزیکدان آلمانی ، ((آلوین پوکلز|فردیش کارل آلوین پوکلز (Friedrich Card Alwin Pockels) در سال 1893_1272 این پدیده را در سطح وسیعی مورد مطالعه قرار داد. این پدیده یک اثر الکترونوری خطی است.

ساخت اتاقک پوکلز

برای ساختن اتاقک عملی پوکلز که به عنوان مدوله‌ساز عمل می‌کرد، می‌بایست تا سالهای 1940 انتظار می‌کشیدند، تا بلورهای مناسب تکامل پیدا کنند. اصل عمل کننده برای چنین ابزاری بطور خلاصه تغییر الکترونی دو شکستی (دو ضریب شکست متفاوت به نام ضریب شکست غیر عادی و عادی) توسط یک میدان الکتریکی اعمال شده نظام یافته تامین می‌شود. پس افت ولتاژ را می‌توان بطور دلخواه تغییر داد و از آنجا حالت قطبش موج خطی فرودی را تغییر داد. بدین طریق دستگاه به عنوان یک مدوله ساز قطبش کار می‌کند. دستگاههای قدیمی از آمونیوم دی‌هیدروژن فسفات یا ADP و پتاسیم دی‌هیدروژن فسفات به نام KDP ساخته شده‌اند، و هر دو هنوز هم در سطح وسیعی کاربرد دارند.

مشخصات اتاقک پوکلز

اتاقک پوکلز عبارت است از یک بلور مناسب فاقد تقارن مرکزی و سست یافته منفرد ، که در میدان الکتریکی قابل کنترل غوطه‌ور است. در این قبیل دستگاهها که نوعا در ولتاژهای نسبتا پایین کار می‌کنند، آنها خطی هستند. زمان پاسخ KDP خیلی کوتاه است، نوعا کمتر از 10 نانو ثانیه بوده و می‌تواند یک باریکه نور را تا فرکانس هرتز مدوله کند. از آنجا که باریکه نور الکترودها را می‌پیماید، آنها را معمولا از روکش‌های اکسید فلزی شفاف مانند ، غشای فلزی نازک ، توریها یا حلقه‌ها می‌سازند. خود بلور در غیاب میدان اعمال شده تک محور است و طوری ترازمندی می‌شود که محور نوری آن در راستای انتشار باریکه قرار گیرد.

کاربردها

اتاقک‌های پوکلز به عنوان بستاور بسیار سریع ، سوئیچ‌های Q برای لیزرها و جریان مستقیم برای مدوله کننده‌های نوری تا 30GHz بکار رفته‌اند. آنها همچنین در گستره وسعی از دستگاههای الکترو نوری مانند شیوه های نمایاندن پردازش داده‌ها بکار می‌روند.

چشم انداز

بر سر پژوهش پیرامون بلورهای الکترونوری تلاشهای فراوانی انجام شده است. گسترش این مواد بطور پیوسته اسامی بیگانه‌ای را به تکنولوژی نامانوس جدید افزده است. از جمله این اسامی می‌توان به لیتیوم تانتالات ، روبیدیوم دی‌هیدروژن فسفات ، لیتیوم نیوبات اشاره کرد.

مباحث مرتبط با عنوان

میکروفن

تازه کردن چاپ
مهندسی و فن‌آوری > مهندسی > مهندسی الکترومکانیک
علوم طبیعت > فیزیک > فیزیک کلاسیک > آکوستیک
(cached)

مقدمه

میکروفوها تراگذارهایی هستند که انرژی آکوستیکی را به انرژی الکتریکی مبدل می‌سازند. این تراگذارها اگر در هوا کار کنند میکروفون و اگر در آب کار کنند هیدروفون نامیده می‌شوند. میکروفونها برای دو مقصود عمده بکار می‌روند. نخست ، برای تبدیل گفتار یا موسیقی به سیگنالهای الکتریکی که بوسیله انتقال یا بوسیله عمل دیگری گفتار یا موسیقی را دوباره تولید می‌کند. دوم ، میکروفونها را به عنوان دستگاه اندازه گیری بکار می‌برند؛ بدین سان که انرژی سیگنالهای آکوستیکی را بوسیله آنها به جریان الکتریسیته تبدیل می‌کنند و این جریان ر ا به دستگاههای اندازه گیری دیگری وارد می‌سازند.



img/daneshnameh_up/0/01/microphone1.jpg

پدیده‌های تبدیل انرژی آکوستیکی به انرژی الکتریکی

پدیده‌های فیزیک گوناگونی برای تبدیل انرژی آکوستیکی به انرژی الکتریکی مورد استفاده قرار می‌گیرند. این پدیده‌ها شامل ‌القای الکترومانتیتیک ، اثر پیزوالکتریک ، مغناطو تنگش ، تغییرات ظرفیت خازن و تغییرات مقاومت گرد زغال ، متراکم می‌شود. قبل از آنکه استعمال تقویت کننده‌هایی که با چراغهای تقویت کننده کار می‌کنند بسط و توسعه یابد، حساس نبودن طبیعی تمام پدیده‌های نامبرده ، بویژه پدیده آخرین ، سبب گردیده بود که آنها را در موارد عملی کمتر استعمال کنند و از اینرو پیوسته میکروفون کربن دار بکار می‌بردند.

ولی اکنون با ولتاژ و توان قابل ملاحظه‌ای که به کمک دستگاههای تقویت کننده یا لامپهای خلا بدست می‌آوریم، می‌توانیم میکروفونهایی را بکار بریم که حساسیتشان بارها کمتر است؛ مانند میکروفونهای الکترودینامیک ، میکروفونهای بلوری ، میکروفونهای خازنی ، ولی در عوض برتری اینگونه میکروفونها بر سایرین این است که پاسخ آنها خیلی یکنواخت‌تر است و نوفه که از ویژگیهای این قبیل دستگاههاست در آنها وجود ندارد. تمام میکروفونها را برای این بکار می‌برند که تغییرات متناوب فشار آکوستیکی درون محیط را تبدیل کنند به تغییرات مشابهی از ولت یا جریان در داخل مدار الکتریکی که متصل به آن است.

اگر پاسخ الکتریکی میکروفون ، مربوط به تغییرات گرادیان فشار نامیده می‌شوند. همچنین می‌توان میکروفونها را به دو دسته صوتی - توانی و صوت - کنترلی تقسیم کرد. در میکروفونهای صوت - توانی انرژی صوتی موج تابش موجب پیدایش انرژی الکتریکی در مدار میکروفون می‌گردد. در میکروفونهای صوت - کنترلی موجهای آکوستیکی فقط جریان الکتریسیته‌ای که از باتری یا منبع توان دیگری به میکروفون می‌رسد کنترل می‌کند.

میکروفونهای زغالی

میکروفونهای زغالی معمولا در دستگاههای تلفن و رادیو برای مقاصد ارتباطی بکار می‌روند. در این موارد ، باز داده الکتریکی نسبتا زیاد ، کمی قیمت و دوام آنها بیش از هماندهی پاسخ دستگاه دارای اهمیت است. عمل این میکروفونها تابع عمل تغییر مقاومت محفظه کوچکی است که از گرد زغال پر شده است و این محفظه با دکمه زغالی می‌نامند. در وسط دیافراگم زایده‌ای نصب گردیده که از طرف دیگر بر دکمه زغالی متکی است.

وقتی دیافراگم جابجا شود زایده متصل به آن ، فشار وارد به محفظه را که شامل گرد زغالی است تغییر می‌دهد و در نتیجه مقاومت الکتریکی از ذره‌ای به ذره‌ای دیگر نیز تغییر می‌کند، بطوری که مقاومت کلی دکمه زغالی ، که در حدود 100 اهم است، به پیروی از تغییر فشار آکوستیکی که بر دیافراگم وارد می‌شود تقریبا بطور خطی تغییر می‌کند.

میکروفون خازنی

میکروفون خازنی دستگاهی است که عمل آن تابع تغییرات ظرفیت الکتریکی بین یک صفحه ثابت و یک دیافراگم است که خیلی محکم از اطراف کشیده شده باشد. تکمیل این میکروفون در سال 1917 بوسیله ونت را می‌توان اساس و پایه مهمی در تاریخ الکترو آکوستیک جدید شناخت و سالهای درازی این نوع میکروفون به عنوان یک دستگاه صوتی که دارای خصوصیتهای برجسته باشد پذیرفته همگان بوده است. با این وجود میکروفون خازنی نقصهای متعددی دارد؛ از جمله اینکه امپدانس درونی آن بسیار است و بواسطه همین خاصیت لازم می‌شود که در موقع استعمال ، آنرا با یک تقویت کننده مقدماتی به طریقی بسیار نزدیک همراه سازند و این امر سبب می‌گردد که در داخل امپدانس فوق العاده زیادی که برای تریدون میکروفون با تقویت کننده مقدمتی لازم است تولید نوفه گردد.

برای این میکروفون یک ولتاژ پلاریزه کننده که بتواند در فاصله 200 تا 400 ولت تغییر کند لازم است و این ولتاژ را یا باید از باتری گرفت و یا بوسیله یک دستگاه مستقیم کننده بازاده‌شان بوسیله صافی خیلی خوب تصفیه شده باشد تأمین کرد. در نتیجه این نقصها بجای استعمال میکروفون خازنی میکروفونهای بلوردار یا میکروفونهای الکترودینامیک را در بسیاری از دستگاههای صوتی بکار می‌برند، ولی کاربرد زیاد آن به عنوان دستگاه استانده اولیه جهت تنظیم اسبابها در پژوهشهای آکوستیکی بواسطه دقت زیادی است که این میکروفون در موقع ضبط صوت دارد و از اینرو هنوز برای تأیید تجزیه و تحلیلهای تجربی مورد استفاده قرار می‌گیرد.

از آنجا که امپدانس درونی میکروفون از نوع ظرفیت است، اثر اولیه عمده ظرفیت کابل این است که بدون حذف بعضی از فرکانسها در آنها تنکش وارد سازد. میکروفونهای خازنی معمولی عموما برای تنظیم دستگاههای دیگر بکار می‌روند. برای این مقاصد الزام گذاشتن تقویت کننده مقدماتی در محفظه میکروفون عیبی ندارد، مگر اینکه چون اندازه فیزیکی میکروفون را زیاد می‌کند ممکن است پدیده پراش ایجاد شود و اندازه گیری موجهای صوتی را مخدوش سازد.

یکی از برتریهای میکروفون خازنی در موقعی که برای استانده کردن سایر کمیتها بکار می‌رود این است که مانند میکروفونهای الکترودینامیکی احتیاجی به ترانسفورماتور ترونده ندارد. بدین طریق از تغییراتی در نسبت ولتاژ ترانسفورماتور که سبب تغییر فرکانس و یا سبب تغییر بار می‌شود اجتناب می‌گردد و به علاوه پاسخ مدار باز میکروفون خارنی نسبت به تغییرات کمیتهای فیزیکی از قبیل مقاومت و مغناطیس شدن مستقل است. در اثر این خاصیت امکان دارد میکروفونهایی ساخت که از لحاظ فیزیکی کاملا مشابه باهم باشند و به علاوه تنظیم آنها ثابت بماند و با گذشتن زمان تغییر نکند و از آن راه بتوان دستگاهی را به کمک آن را بطور دقیقی تنظیم کرد و برای سایر کارها به کار برد.

میکروفونهای پیزوالکتریک

در میکروفونهای پیزوالکتریک بلورها یا دی الکتریکهایی بکار می‌برند که خاصیت این را دارند که وقتی تغییر شکلی در اثر فشار موجهای صوتی در آن پیدا شود، بطور الکتریکی پلاریزه شده و ولتاژی که تابع خطی تغییر شکل مکانیکی وارد است، ایجاد می‌کنند. اثر مستقیم خاصیت پیزوالکتریسیته در سال 1880 میلادی بوسیله برادران کوری کشف گردید.

اگر امتداد برش بلور چنان باشد که تراکم وارد در امتدادی که سبب گردد که سطح فوقانی نسبت به سطح تحتانی از لحاظ الکتریکی مثبت بشود، وقتی تراکم در همین امتداد به کشش تبدیل شود علامت بارهای الکتریکی روی دو سطح همچنین جهت ولتاژ روی آنها نیز تغییر علامت می‌دهند. در اثر عمل معکوس اگر بواسطه وارد کردن پتانسیل الکتریکی آن را پلاریزه کنیم، یعنی روی یکی از سطوح بار مثبت و بر روی دیگری بار منفی قرار گیرد، بلور تحت فشار واقع می‌شود.

وقتی موضوع بحث درباره میکروفونهای بلوری یا سرامیکی باشد انسان فقط علاقمند به اثر مستقیم خاصیت پیزوالکتریسته می‌شود. با این همه ، از آنجا که خاصیت پیزوالکتریسیته پدیده برگشت پذیر است، تمام انواع میکروفونهای پیزوالکتریک را می‌توان با وارد ساختن اختلاف پتانسیل متناوب به طرفین آنها به یک منبع صوتی ضعیف تبدیل کرد. نمک راشل قویترین خاصیت پیزوالکتریسیته را در میان تمام موادی که دارای این خاصیت هستند داراست و از اینرو غالبا استعمال آن را در طرحهای مربوط به میکروفونهای بلوری وارد می‌سازند. متأسفانه بریده‌های این نمک در اثر رطوبت خراب می‌شود و در دمای بیش از F 115˚ ضایع و غیر قابل استفاده می‌گردند.

برش X از این نمک که به زاویه ˚45 باشد بواسطه ضریب زیادی که در خاصیت تروش الکترومانیتیک داراد غالبا مورد استعمال دارد، ولی عیبش این است که خاصیت دی الکتریک آن بسیار متغیر است و این موضوع بر حساسیت یا بازداده ولتاژ بلور تأثیر می‌گذارد. برشهای بلوری که از بلور دی ایدروفسفات و آمونیوم مصنوعی بریده شده باشند و به اسم بلور ADP نامیده می‌شوند. عموما در ساختمان میکروفونهایی بکار می‌روند که باید در دمای زیادی استعمال گردند، زیرا اگر چه حساسیت آنها از نمک راشل کمتر است، ولی می‌توانند بدون خراب شدن در دمای بیش از F 200˚ بکار می‌روند. بعلاوه خاصیت پیزوالکتریسیته و دی الکتریک آنها هم در اثر تغییر دما خیلی کم تغییر می‌کند.

میکروفن سرامیکی

ماده پیزوالکتریک سودمند دیگری عبارت از سرامیکی است که از تیتانات دوباریم می‌سازند. این سرامیک را به این طریق پلاریزه می‌کنند که بر آن یک ولتاژ الکترواستاتیک ثابت در حدود 20000 ولت بر سانتیمتر به مدت چند دقیقه وارد می‌سازند. اگر بخواهیم که خاصیت که خاصیت پلاریزه بودن سرامیک فوق را زیاد کنیم باید دمای آن را از دمای کوری خود جسم که C 120˚ است بالاتر برده و ولتاژ خارجی پلاریزه کننده را هنگام سرد شدن سرامیک بر آن وارد سازیم.

میکروفونهایی که در آنها تیتانات دوباریم پلاریزه شده یا مواد مشابه بکار رفته باشند میکروفونهای سرامیکی نامیده می‌شوند. این گونه میکروفونها را ممکن است به نوبت همراه میکروفونهای بلوری بکار برد، ولی باید متوجه بود که حسایت آنها از میکروفونهای بلوری ADP یا میکروفونهایی که با نمک راشل ساخته شده‌اند به اندازه 10db کمتر است.

مزایا و معایب

برتری میکروفونهای سرامیکی بر میکروفونهای بلوری در این است که تحمل زیاد را دارند و در رطوبت زیاد هم ضایع نمی‌گردند. وقتی ماده خاصیت پیزوالکتریسیته را دارا باشد مقدار اختلاف پتانسیلی که در آن پیدا می‌شود، تابع نوع تغییر شکل و امتداد سطوح خارجی آن نسبت به محورهای مختلف بلور است. تغییر شکلهایی که در اثر خمش و حرکت عرضی و تراکم باشد تا بحال درباره آنها بکار رفته است. همچنین تغییر شکل را ممکن است بواسطه وارد ساختن موجهای صوتی مستقیم بر آنها بوجود آورد.

عیب عمده این قبیل میکروفونها در زیادی امپدانس مکانیکی عنصر ارتعاش کننده آنهاست. وقتی آنها را در داخل آبگونها بکار بریم زیادی امپدانس آنها اهمیتی ندارد، و به همین جهت تراگذارهایی (هیدروفونها) ساخته شده‌اند که عموما مورد استعمال دارند، ولی اگر بخواهیم آنها را در هوا بکار بریم بواسطه عدم تطبیق بسیار زیاد امپدانس مکانوآکوستیکی که موجود است، در اثر فشار معمولی موجهای آکوستیکی فقط ولتاژ بسیار کوچکی را نشان می‌دهند. در اینجا موجهای صوتی بر یک دیافراگم سبک وارد می‌شوند. وسط این دیافراگم سوزنی نصب شده که سر دیگر آن به گوشه یا کناره عنصر پیزوالکتریک متصل گشته است.

اگر چه عنصر پیزوالکتریک اینگونه میکروفونها را می‌توان فقط با یک عدد بلور به عنوان مولد ولتاژ انتخاب کرد، دو بلور به عنوان مولد ولتاژ انتخاب کرد، دو بلور را به هم می‌چسبانند و به نام بیمورف در میکروفون نصب می‌کنند. عموما امپدانس مکانیکی بیمورف از امپدانس مکانیکی یک بلور تنها که همان مقدار ولتاژ را ایجاد کند کمتر است. هر دو طرف هر کدام از بلورهای بیمورف را بوسیله روکش بسیار نازکی از فلز می‌پوشانند تا اتصال الکتریکی بهتر انجام گیرد. بلورها را می‌توان بطور سری یا موازی نسبت به یکدیگر نصب کرد. در حالتی که بطور سری نسبت به هم قرار گرفته باشند ولتاژ بیشتری تولید می‌کنند و اگر نسبت به یکدیگر موازی باشند امپدانس داخلی آنها کمتر می‌شود.

ولتاژ بازداده عنصر بیمورف متناسب است با دامنه تغییر شکل آن. بنابراین همانطوری که در مورد میکروفون خازنی عمل کردیم عنصر متحرک میکروفون را باید طوری طرح ریزی کرد که حرکت آن بوسیله سختی دستگاه نصب کنترل شود. در نتیجه باید ترتیبی بدهیم که فرکانش اصلی رزونانس مکانیکی کلی دستگاه ارتعاش ، شامل دیافراگم ، سوزن اتصال ، بیمورف تا اندازه بالاتر از فرکانسی باشد که می‌خواهیم در آن حدود پاسخ دستگاه نسبتا یکنواخت بشود. این شرط در انتخاب شایسته بیمورف و جرم کلی دستگاه حاصل می‌گردد.

موارد کاربرد

میکروفونهای پیزوالکتریک در موقع ایراد خطابه‌های عمومی استعمال فراوان دارند. همچنینی آنها را با تراز صداسنج و میکروفونهای کوچکی که درون گوش می‌گذارند، بکار می‌برند. برتری آنها در موارد استعمالی که ذکر کردیم در این است که پاسخ رضایت بخش نسبت به فرکانس ، حساسیت نسبتا زیاد ، بهای کم و حجم کوچکی دارند. می‌توان دیافراگمهای کم بهایی را که برای این کار تهیه شده پیدا کرد، که در فرکانسهای بین 20 تا 10000 سیکل بر ثانیه حداکثر تا کمتر از 5db نسبت به حساسیت متوسطشان تغییر کنند.

نمونه حساسیت متوسط 50db- برای یک ولت در هر میکروبار است. در حقیقت امپدانس الکتریکی میکروفون عبارت است از امپدانس الکتریکی ظرفیت دی الکتریک. به عنوان نمونه‌ای از مقدار این ظرفیت می‌توان 3000µf را نام برد. این ظرفیت نسبت به ظرفیت میکروفونهای خازنی بزرگتر است و از اینرو میکروفونهای پیزوالکتریک را ممکن است بوسیله کابلی که بسیار دراز نباشد به تقویت کننده مخصوص فرکانسهای شنیدنی متصل ساخت؛ پس بکار بردن تقویت کننده مقدماتی دیگر لزومی ندارد.

میکروفونهای الکترودینامیک با پیچک متحرک

میکروفون "دینامیک" یا میکروفون ساده با یک پیچک تنها شامل دیافراگم سبکی است که سیم پیچ کوچکی بطور یکپارچه به آن اتصال دارد، چنانکه دیافراگم و پیچک یک جسم سخت را تشکیل می‌دهند. اثر موجهای صوتی بر دیافراگم ، سبب می‌شود که پیچک در میدان مغناطیسی ثابت و دائمی حرکت کند، و در نتیجه نیروی محرکه الکتریکی به فرمول مقابل در آن پیدا می شود: e = Bvl.

در رابطه بالا B چگالی شار میدان مغناطیسی بر حسب وبر بر متر مربع ، l طول سیم پیچ بر حسب متر و ν سرعت حرکت سیم پیچ در داخل میدان بر حسب متر بر ثانیه است. اصولا میکروفون یا پیچک متحرک به بلندگوی با تابش مستقیم شبیه است، با فرق اینکه میکروفون بر عکس بلندگو انرژی صوتی را به انرژی الکتریکی تبدیل می کند. در عمل بلندگوهای با تابش مستقیم کوچکی که در تجارتخانه‌ها یا اداره‌ها بکار می‌روند معمولا کار میکروفون را هم انجام می‌دهند.

مباحث مرتبط با عنوان

پیزوالکتریسیته

از ویکی‌پدیا، دانشنامهٔ آزاد.

(تغییر مسیر از پیزوالکتریک)
Jump to: navigation, search

فهرست مندرجات

[مخفی شود]

[ویرایش] رفتار پیزوالکتریک

رفتار پیزوالکتریک یا پیزوالکتریسیته عبارتست از تولید الکتریسیته (ایجاد شده توسط پلاریزاسیون) توسط یک کریستال در اثر اعمال تنش.

[ویرایش] پیزوالکتریک معکوس

زمانی که یک میدان الکتریکی به یک کریستال پیزوالکتریک اعمال شود، تحت کرنش قرار می‌گیرد که اصطلاحا آن را رفتار پیزوالکتریک معکوس می‌نامند.

[ویرایش] شرایط پیزوالکتریک

شرط ضروری برای پیزوالکتریک بودن یک کریستال، عدم وجود تقارن مرکزی در ساختار کریستالی است.

[ویرایش] مثال‌هایی از مواد پیزوالکتریک

  • ترکیبات سرب-زیرکنات-تیتانات (PZT) با ساختار پروسکایت
  • ZnO
  • کوارتز

[ویرایش] جستارهای وابسته


+ نوشته شده در  سه شنبه 21 آذر1385ساعت 23:28  توسط جلال  | 

تئوری تراگذر های سایزمیک

تئوری تراگذر های سایزمیک

برای اندازه گیری کمیت های نوسانی اجسام بزرگ و ثابت از تراگذر های سایزمیک استفاده می شود، زیرا نمی توان این کمیت ها را از روی خود جسم اندازه گیری کرد (به اصطلاح نمی توان آنها را لمس(Touch) کرد). تراگذر های سایزمیک به سه دسته ی زیر تقسیم می شوند.

1ـ جابجایی سنج     

2ـ تندی سنج

3ـ شتاب سنج

دستگاه تراگذر سایزمیک در هر سه دسته بالا بطور ساده از جرم فنر و دمپر و یک سنسور با ساختار بالا تشکیل شده است. اما بنا بر تعریف خروجی و نوع سنسور مورد استفاده حساسیتها و پارامترهای متفاوتی برای سه دسته تراگذر های سایزمیک وجود دارد، در ضمن در هر دسته نیز با توجه به بازه ی کارکرد مورد نیاز ابعاد و پارامترهای گوناگونی از قطعات گزیده می شوند.

جابجایی سنج

با تعریف جابجایی به عنوان خروجی سیستم و فرض های زیر می توان تابع تبدیل فرکانسی زیر را استنتاج نمود. به ازای فرکانسهای بالا خروجی سنسور یعنی z تقریبا برابر x می شود و خواسته ی ما هم همین است ، ما می خواهیم با اندازه گیری خروجی سنسور جابجایی پایه را تخمین بزنیم.این مطلب می تواند از روی نمودارهای پاسخ فرکانسی سیستم هم استنتاج شود هنگامی که ورودی ها را سینوسی (دارای مولفه های سینوسی) در نظر گرفته ایم و فرض می کنیم :

 

 

 

 

 

 


برای اینکه بتوانیم از تقریب                         به خوبی استفاده کنیم لازم است حداقل فرکانس کار چهار برابر فرکانس طبیعی ساختار سایزمیک باشد. در عمل برای اینکه فرکانسهای کاری در بازه ی مناسب تقریب قرار گیرند ساختار Seismic را به گونه ای می سازند تا فرکانس طبیعی ساختار سایزمیک کوچک باشد یعنی از فنر نرم (جابجایی های بزرگ به وجود می آید) استفاده می کنند.

r و d برای این تعریف شده اند که مشخصه های فرکانسی رسم شده حالت جامع و نرمالیزه نسبت به فرکانس و x  داشته باشند. جابجایی نسبی جرم سایزمیک و پایه (z) بوسیله یک LVDT اندازه گیری می شود.

 تندی سنج

با بررسی تابع تبدیل فرکانسی  دیده می شود که:

بر این اساس تنها با جایگذاری یک سنسور سرعت مانند LVT می توان تراگذر تندی سایزمیک ساخت.

نمودارهای پاسخ فرکانسی : در فرکانسهای بالا تقریب فوق برقرار است و می بینیم که تابع تبدیل تراگذر تندی سایزمیک با تابع تبدیل جابجایی سنج یکسان است و نتایج قبلی به طور مشابه برقرارند و تنها تفاوت نوع سنسور مورد استفاده است.

شتاب سنج

شیوه ی کارکرد تراگذر شتاب سایزمیک با تراگذر جابجایی اندکی تفاوت بنیادین دارد. یعنی با اندازه گیری جابجایی نسبی ضریبی از شتاب را خواهیم داشت.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

از همین جا معلوم می شود که باید فرکانس طبیعی سیستم مقدار بزرگی باشد تا فرکانسهای مورد اندازه گیری در بازه ای قرار گیرند که تقریب فوق قابل استفاده باشد در ضمن خطای این تقریب تا حدودی که فرکانس کار زیر0.2 فرکانس طبیعی باشد خطا زیر1% باقی می ماند.

منحنی های دقیق تر خطا در شکلهای زیر نشان داده شده است :

 

 

 

 

 

 


اگرx بین 0.59 و0.707 باشد زاویه فاز تابع تبدیل به صورت تابعی خطی ازw در می آید یعنی سیستم تأخیرهای مطلق زمانی ایجاد می کند ولی اعوجاج در شکل موج اصلی بوجود نمی آید و اگر x نزدیک به صفر باشد، تاخیر فازی نزدیک به صفر بوجود می آید با توجه به مفاهیم گفته شده می توان دو ناحیه ی بالا را برای طراحی تراگذر شتاب سایزمیک انتخاب کرد ولی اخیراً تراگذر های شتاب سایزمیک را با x حدود صفر طراحی می کنند. به دلیل اینکه تمام ابزارهای دمپر جرمهای قابل توجهی به سیستم اضافه می کنند و بازه فرکانس کار سیستم را کم می کنند. با توجه به اینکه فرکانس طبیعی سیستم بالا طراحی شده است و فنر سخت است و در نتیجه جابجایی ها کوچک است از سنسورهای پیزو الکتریک برای حس کردن جابجایی نسبی z استفاده می شود.

+ نوشته شده در  سه شنبه 21 آذر1385ساعت 23:8  توسط جلال  | 

جوشكاري اولتراسونيك پلاستيك ها

جوشكاري اولتراسونيك پلاستيك ها

تاريخ مطلب : 1383/12/03

شرح مطلب

جوشكاري اولتراسونيك شامل استفاده از انرژي صوتي با فركانس بالا براي نرم كردن و ذوب كردن ترموپلاستيك ها در منطقه جوش است . قسمت هايي كه بايد به يكديگر جوش داده شوند زير فشار روي هم نگه داشته شده و تحت ارتعاشات اولتراسونيك با فركانس 20 تا 40 كيلو هرتز قرار مي گيرند. موفقيت جوش به طراحي مناسب اجزا و مناسب بودن موادي كه جوش داده مي شوند بستگي دارد.
از آنجا كه جوشكاري اولتراسونيك بسيار سريع است ( كمتر از 1 ثانيه ) و قابليت اتوماسيون دارد به طور وسيع از آن در صنعت استفاده مي شود . براي تضمين سلامت جوش طراحي مناسب اجزا بخصوص فيكسچرها لازم است . با طراحي مناسب از اين روش مي توان در توليد انبوه استفاده كرد.
يك ماشين جوشكاري اولتراسونيك شامل اجزاي زير است :
يك منبع تغذيه ، يك مبدل ، يك آمپلي فاير تقويت كننده به نام بوستر ، يك وسيله توليد صدا يا شيپوره ( horn )
منبع تغذيه فركانس برق شهر 50-60 هرتز را به 20-40 كيلو هرتز مي رساند . اين انرژي به مبدل مي رود و در مبدل ديسك پيزو الكتريك انرژي الكتريكي را به ارتعاش در فركانس اولتراسونيك تبديل مي كند. اغلب ماشين هاي اولتراسونيك در فركانسي بالاتر از 20 كيلو هرتز كار مي كنند و صدايي توليد مي كنند كه گوش انسان قادر به شنيدن آن نيست . امواج توليد شده در مبدل به بوستر رفته و دامنه آن تا حد دلخواه افزايش پيدا مي كند و سپس در شيپوره ( كه يك وسيله صوتي مكانيكي است) امواج صوتي مستقيماً به قطعه كار منتقل مي شود. همچنين شيپوره نقش اعمال فشار بر روي قطعه را نيز بر عهده دارد.بعد از انتقال امواج صوت به قطعه كار در منطقه اتصال در اثر اصطكاك زياد اين انرژي تبديل به گرما شده و باعث نرم شدن و ذوب پلاستيك و بهوجود آمدن جوش ميشود.

مزاياي اين روش عبارتند از :
- راندمان بالا
- توليد بالا با قيمت پايين
- سهولت در اتوماسيون
- سرعت جوش بالا
- تميز بودن آن
مهمترين محدوديت اين روش محدوديت در انرژي اعمالي و كوچك بودن عرض شيپوره ( كمتر از 250 ميلي متر ) است و در نتيجه طول جوشي كه به وجود ميآيد كوچك است .
موارد استفاده از جوش التراسونيك ترموپلاستيك ها :
- جوشكاري ساده يك اتصال
- جاسازي يك قطعه در قطعه اي ديگر همرا با اتصال بين آن دو
- جوش نقطه اي ورق ها و صفحات پلاستيكي
- ...
صنايعي كه اين نوع جوشكاري در آن كاربرد دارد :
- استفاده در صنعت بسته بندي
- استفاده در صنعت اتومبيل سازي
- استفاده در صنعت پزشكي
- استفاده در صنعت اسباب بازي
- صنايع مرتبط ديگر

فايلهاي الحاقي

   حجم فايل  (12501 بايت)

   حجم فايل  (22745 بايت)

+ نوشته شده در  سه شنبه 21 آذر1385ساعت 20:7  توسط جلال  | 

الكتروآكوستيك

 الكتروآكوستيك
بخش اول - ميكروفونها (مبدلهاي الكتروآكوستيكي)
بخش دوم - ميكروفونها (مبدلهاي الكتروآكوستيكي)
ميكروفونها يا مبدلهاي الكتروآكوستيكي، دستگاههايي هستند كه تغييرات انرژي آكوستيكي را به انرژي الكتريكي تبديل مي كنند. (ضمناً عكس اين مطلب نيز در مورد بلندگوها صادق است). همانطور كه مي دانيم انرژي صوتي از نوع انرژي مكانيكي است و با جرم، محيط الاستيك و نيرو سر و كار دارد. بنابراين حفظ و انتقال انرژي صوتي (آكوستيكي) در برد زياد امكان پذير نيست. فرض كنيد انرژي صداي گفتگوي انسان به ميزان انرژي رعد و برق (مثلاً db130) باشد، البته مي دانيم كه برد انتقال اين انرژي محدود است، در صورتيكه اگر اين انرژي (صوتي) به انرژي الكتريكي تبديل شود هرگونه تغيير و تبديل روي آن براحتي امكان پذير مي شود. براي مثال، انرژي الكتريكي را مي توان بهر ميزان تقويت كرد و آنرا به هر نقطه در فواصل خيلي دور ارسال داشت. مثلاً بردن يك نوار ضبط صوت در هر نقطه و يا انتقال صداي گوينده اي كه در جلوي ميكروفون در استوديو در يك نقطه از جهان صحبت مي كند و اين انرژي توسط فرستنده راديوئي به ساير نقاط با وسعت بسيار پخش مي شود. انرژي الكتريكي بوسيله9 بلندگو مجدداً به انرژي اكوستيكي تبديل مي شود. در اين فصل طرز كار اين مبدلهاي الكتروآكوستيكي را مورد مطالعه قرار مي دهيم.
با توجه به ماهيت انرژي آكوستيكي دستگاههائي كه كار تبديل را انجام مي دهند به هر ترتيب با عمل مكانيكي سر و كار دارند و سيستمهاي نوسان كننده مكانيكي مطرح مي شوند. همانطور كه اگر شخصي در موقع صحبت كردن يك صفحه كاغذ را بطور كشيده در جلوي دهان خود قرار دهد، متناسب با دامنه و فركانس انرژي صوت كاغذ به ارتعاش درمي آيد، ممبران ميكروفون بر اثر صوت ارتعاش مي نمايد، با استفاده از پديده هاي فيزيكي مانند پديده هاي القاي الكترومانيتيك، اثر پيزد الكتريك، تغييرات ظرفيت خازن و تغييرات مقاومت گردد، ذغال انرژي اكوستيكي به انرژي الكتريكي تبديل مي كند.
قبل از پيشرفت علم الكترونيك و ساختن تقويت كننده هاي مناسب معمولاً از شرايط نامناسب معمولاً از شرايط نامناسب ميكروفون استفاده مي شد، زيرا اگر بخواهيم سيگنال خروجي ميكروفون بر حسب فركانس در نوار 20 تا 20000 هرتز خطي باشد راندمان ميكروفون بسيار ناچيز خواهد بود. بطوريكه اگر سيگنال بلافاصله درون ميكروفون تقويت نشود بر اثر ضعيف بودن دامنه سيگنال نويز بسياري وارد شده و عملاً استفاده از سيگنال با كيفيت مناسب بدون استفاده از تقويت كننده امكان پذير نمي باشد.
بنابراين در محاسبه ميكروفون بدون استفاده از تقويت كننده سعي مي شود راندمان نسبتاً بالا باشد كه موجب باريك و نماصاف شدن پاسخ فركانس مي شود. مانند ميكروفون ذغالي كه داراي راندمان خوب بوده ولي پهناي نوار فركانس آن كم و ناصاف مي باشد. امروزه در بيشتر موارد از ميكروفونهاي با كيفيت خوب در امر صدابرداري در راديو و تلوزيون و استوديوها استفاده مي شود كه داراي تقويت كننده هاي اوليه الكترونيكي مي باشد.
ضمناً ميكروفونهاي با كيفيت عالي براي كارهاي دقيق اندازه گيري بدون نويز و بدون ديستورشن ساخته مي شود و در نوار فركانس 20 تا 20000 هرتز پاسخ خطي دارند كه در آزمايشگاههاي تحقيقاتي از آنها استفاده مي شود.
ميكروفونها تغييرات فشار صورت درون محيط را به تغييرات مشابهي از ولت يا جريان در داخل مدار الكتريكي كه متصل به آن است تبديل مي نمايند. كه اين جريان وارد دستگاههاي تقويت كننده شده و پس از عمليات مختلف توسط بلندگو به انرژي صوتي تبديل مي شود. حال در اين فصل به معرفي انواع مختلف ميكروفونها مي پردازيم.
ساختمان ميكروفونها
ميكروفون ها از نظر ساختمانم به چند دسته تقسيم مي شوند. ميكروفون هاي ذغالي، ميكروفون هاي ديناميكي، ميكروفون هاي الكترومغناطيسي، ميكروفونهاي الكترواستاتيك، ميكروفون هاي نواري و ميكروفون هاي پيزوالكتريكي (كريستالي).
ميكروفونهاي ذغالي (كربن دار)
ميكروفون هاي ذغالي تشكيل شده از يك مخزن ذرات ذغال، اين ذرات ذغال ممكن است به اشكال مختلف هندسي تهيه شود. روي ذرات ذغال يك شاخكي قرار دارد كه به ديافراگم يا ممبران متصل است كه اگر در مقابل اين ممبران يل ديافراگم صوت ايجاد كنيم مرتعش مي گردد. ارتعاشات حاصل در ممبران، دقيقاً همان مشخصات ارتعاشات منبع صوت را دارا مي باشد. و اين تغييرات فشار عيناً به شاخك انتقال مي يابد. تغييرات ايجاد شده در ممبران يا شاخك باعث تغيير مقدار فشردگي ذرات ذغال به يكديگر شده كه در نتيجه مقاومت الكتريكي مجموعه مخزن تغيير مي يابد. و مشاهده مي كنيم كه متناسب با همان تغييرات فشار وارده روي ممبراتن جريان I كه از مدار عبور مي كند تغيير مي يابد. يعني توانسته ايم تغييرات فشار صورت را تبديل به جريان الكتريسيته نمائيم. كه اين جريان متغيير را مي توان بصورت فشار الكتريكي از دو سر مقاومت باز دريافت كرد.
اين ساده ترين و ارزانترين ميكروفون است كه از سال 1984 تا كنون از آن استفاده مي شود. اين ميكروفون داراي بازده با راندمان زيادي است. بنابراين بدون طبقات تقويت كننده مي توان از آن استفاده نمود. ولي در شرايط حرفه اي از آن استفاده نمي شود چون از نظر پهناي باند فركانسي مطلوب نمي باشد يعني پهناي باند آن وسيع نيست و كيفيت مطلوب و خوبي را دارا نمي باشد بنابراين از آن فقط براي انتقال سخن در تلفن و در راديو فقط در ارتباطات داخلي بين افراد استفاده مي شود. در شكل زير نمونه اي از يك پهناي باند فركانسي در يك ميكروفون ذغالي با فشار ثابت ديده مي شود.
ميكروفون ذغالي از لحاظ پاسخي فركانسي Frequency Response داراي دو اشكال اساسي و مهم مي باشد.
1-عرض باند آن (پهناي باند فركانسي) محدود است به اين ترتيب كه هم از نظر فركانس هاي بالا و پايين در عبورش محدوديت دارد. پهناي باند فركانسي اين ميكروفون بين HZ300 تا HZ3500 نيز مي باشد.
2-همين عرض باند نيز خطي نيست. منظور از خطي نبودن همان تغييرات سطح دامنه باند فركانسي نيز مي باشد. همانطور كه بيانم شد از اين ميكروفون در صنعت تلفن استفاده مي شود چرا كه در اين جا، فقط هدف ما رساندن پيام مي باشد و كيفيت صدا براي ما مطرح نيست. حتي اين نوع ميكروفون در دستگاههاي خانگي نيز استفاده نمي شود.
منوي اصلي
ميكروفونهاي ديناميكي (Moving Coil Nie)
ميكروفونهاي ديناميكي تشكيل شده از يك ممبران از جنس سبك نظير كاغذ، پلاستيك و با آلومينيوم كه يك سيم پيچ به ممبران (ديافراگم) متصل است و اين سيم پيچ مي تواند در داخل شكاف قطبين يك آهن ربا حركت نمايد. بنابراين وقتي كه فشار صوتي روي اين ممبران وارد مي آيد ممبران و در نتيجه سيم پيچ متصل به آن با همان ريتم تغييرات صوتي نوسان مي نمايند، از حركت سيم پيچ در داخل ميدان مغناطيسي يك جريان الكتريكي روي سيم پيچ القا مي گردد كه ريتم تغييرات اين جريان درست با ريتم تغييرات فشار وارده روي ممبران است.
اين ميكروفون، اولين خانواده ميكروفوني است كه بطور حرفه اي استفاده مي شود و در اين ميكروفون مغناطيس ثابت و سيم پيچ (Coil) متحرك و جرياني حدود دهم ميلي ولت ايجاد مي شود و در ميكروفون هاي حرفه اي حدود mv2/0 است.
علت اينكه اين ميكروفون ها در مصارف حرفه اي استفاده مي شود داشتن عرض باند خطي وسيعي است ولي قيمت آن بسيار گران مي باشد. اين ميكروفون ها نسبت به ميكروفون ذغالي راندمان كمتري دارد ولي داراي كيفيت بهتري است و در صنايع حرفه يا مخصوصاً در صدا و سيما بنحو احسن استفاده مي گردد و از اين ميكروفون براي ضبط گفتار استفاده مي شود. ضمناً براي زياد كردن راندمان اين نوع ميكروفون با قرار دادن سوراخ در پشت ديافراگم كه به فضاي خارج متصل باشد و با محاسبه سطح و طول سوراخ يك مقدار از انرژي صوتي را با 180 درجه اختلاف فاز به پشت ديافراگم منتقل مي نمايند اين فيدبك به حركت به ممبران كمك كرده و راندمان ميكروفون زياد مي شود.
حساسيت ولتاژ مدار باز اين ميكروفون با پيچك متحرك (سيم پيچ) تقريباً برابر با 5-10×4/2 ولت بر ميكروبار، و يا db4/92 – دسي بل مي باشد و نسبت به ميكروفون خازني كريستالي (بعداً توضيح داده مي شود) از حساسيت كمتري برخوردار مي باشد. امپدانس خروجي ميكروفون حدود 10 اهم است كه نسبت به ميكروفونهاي خازني و كريستالي خيلي ناچيز است و بوسيله ترانسفورماتور بالابرنده ولتاژ در بدنه ميكروفون عمل تطبيق امپدانس را انجام ميدهد. در ضمن ميكروفون الكتروديناميكي بدون تقويت كننده مقدماتي استفاده مي شود و مي توان با كابل نسبتاً طولاني سيگنال را از آن انتقال داد.
پاسخ فركانس اين نوع ميكروفون حدود 10 تا 14 كيلوهرتز مي باشد و در ضبط صداي گوينده و رپرتاژ و تئاتر و ... از آن استفاده مي شود.
منوي اصلي
ميكروفونهاي الكترومغناطيسي (Moving Magnet Mic)
اين ميكروفونها از يك آهن رباي نعلي تشكيل يافته كه دور قطبين آن سيم پيچ قرار دارد و ممبران آن از جنس فولاد است و وقتي كه بر اثر ارتعاشات صوتي ممبران مرتعش مي گردد صفحه فولاد به دو قطب آهن ربا دور و نزديك مي شود، بنابراين ميدان مغناطيسي در دو قطب تغيير مي يابد و اين ميدان در داخل آهن ربا تغيير مي كند و روي سيم پيچها يك جريان الكتريكي القا مي گردد كه ريتم تغييرات ارتعاشات صوتي است كه روي ممبران وارد گرديده است. نوعي ديگر از اين ميكروفونها بدين صورت است كه بخشي از ممبران را كه در برابر قطبهاي آهن رباي NS دائمي است با پولكي از آهن رباي نرم مي پوشانند تا از لرزشهاي اين پولك آهني مقاومت مغناطيسي شكاف هوائي را تغيير دهد. بنابراين لرزش ممبران باعث ايجاد جرياني در سيم پيچهاي روي آهن ربا مي گردد.
راندمان اين ميكروفون ميكروفونهاي ذغالي است ولي باند فركانسي وسيع تري دارد. اين ميكروفون بعلت وزن زياد آن در حال حاضر استفاده زيادي ندارد. و همچنين وزن زياد ممبران بازدهي ميكروفون را در فركانسهاي بالا كاهش مي دهد.
منوي اصلي
ميكروفونهاي پيزوالكتريك (كريستالي) (Pizoelectric Mic)
بعضي از عناصر مانند بلور كوارتز، نمك راشل و دي هيدروفسفاتت آمونيم و مواد سراميكي ريخته شده از قبيل تيتانات دوباريم، داراي خاصيت پيزوالكتريك هستند. يكي از بلورها كه در مقابل حرارت پايدار و بصورت خطي كار مي نمايد. بلور كوارتز مي باشد كه در الكتروآكوستيك از آن براي ساختن ميكروفون، بلندگو و پيكاپهاي گرام استفاده مي شود. نوع بلوري كه بيشتر بكار مي رود بلور با برش X ناميده يم شود كه مانند شكل از بلور طبيعي بريده ايم شود.
ميكروفون كريستالي، ميكروفوني مي باشد كه در آن از خاصيت پيزوالكتريك بعضي از كريستالها استفاده مي شود بدين معني كه تغييرات فشار وارد بر روي اين نوع كريستال جريان متناوبي متناسب با فشار وارده در دو سر كريستال ايجاد مي كند.
دو نوع ميكروفون كريستالي وجود دارد، يكنوع از آن فشار صوت مستقيماً بر صفحه كريستال تأثير مي نمايد كه داراي بازده بسيار كم در حدود 4/0 ولت براي هر ميكروبار مي باشد و نوع دوم، فشار صوت به يك ممبران فلزي وارد مي شود و حركات ممبران بوسيله ميله اي كه در پشت آن قرار دارد به كريستال منتقل مي شود كه البته اين نوع داراي بازده بيشتري در حدود يك تا دو ميلي ولت بر ميكروبار مي باشد. از ميكروفون پيزوالكتريك تا 8 سال پيش در ضبط صوتهاي خانگي استفاده ميشد. ولي هم اكنون ديگر استفاده نمي شود زيرا عرض باند آن حدود 7 تا 8 كيلوهرتز مي باشد كه پهناي باند آن كم است.
در نوع دوم ميكروفون كه ارتعاشات صوت توسط ديافراگم به كريستال منتقل مي شود و اختلاف پتانسيل دريافتي در خروجي زياد مي شود ولي پهناي باند نوار فركانس نسبت به حالت اول كمتر مي باشد.
پهناي باند نوار پاسخ فركانس ميكروفون كريستالي بين 20 تا 10000 هرتز كه حدود 5 دسي بل نسبت به حساسيت متوسط تغييرات دارد. حساسيت متوسط تغييرات دارد. حساسيت متوسط ميكروفون 50 دسي بل براي يك ولت در هر ميكروبار است.
منوي اصلي
ميكروفونهاي نواري
اين ميكروفون از يك نوار كه در داخل يك ميدان مغناطيسي دائم، بطور آزاد مي تواند حركت كند تشكيل شده است. طرز كار آن مثل ميكروفون الكتروديناميكي است فقط بجاي سيم پيچ از يك نوار استفاده شده است. اين ميكروفون بعلت سبكي ممبران (ديافراگم)، باند فركانس خوب و حساسيت زياد دارد و در موسيقي ميتوان از آن استفاده نمود ولي راندمان آن كم است.
بعلت اينكه در ميكروفون هاي نواري فشار صوت در دو طرف ممبران با فازهاي مختلف برخورد مي كند بنابراين اشكالي در پهناي باند فركانسي آن بوجود مي آيد. همانطور كه مي دانيم اختلاف فاز به ابعاد نوار و طول موج صدا بستگي دارد. بدين معني كه در طول موجهاي بلند ابعاد ممبران قابل صرفنظر كردن مي باشد در صورتيكه در طول موجهاي كوتاه ابعاد ممبران نسبت به طول موج قابل چشم پوشي نيم باشد. بنابراين پهناي باند فركانس بطور يكنواخت عمل نكرده و در فركانسهاي بالا دچار افت مي گردد. در اين صورت ضريب الاستيسيته را كاهش مي دهند و تا حدود 10 كيلوهرتز پهناي باند ادامه دارد البته در فركانسهاي پايين پاسخ فركانس حالت خطي را حفظ ميكند.
يك نوع ديگر ميكروفون نواري طراحي شده است كه بوسيله تغييراتي پهناي باند آن را افزايش داده اند. بدين صورت كه بوسيله قرار دادن موادي مانع ورود صدا به پشت ممبران مي شوند. در ضمن بوسيله تعبيه شوراخ فضاي پشت ممبران را به داخل متصل نموده و با فيدبك (بازگشت صدا به پشت) صدا را با اختلاف فاز لازم به فضاي پشت ممبران برگشت مي دهند. بطوريكه فشار صورت در هر دو طرف ممبران بطور هم فاز عمل مي كند. در اين حالت چون مسئله اختلاف وجود ندارد ميتوان پاسخ فركانس خطي 20 تا 20000 هرتز را از ميكروفون انتظار داشت. امپدانس اين نوع ميكروفون خيلي ناچيز است. بنابراين قراردادن ترانسفورماتور الزامي است. از اين ميكروفون قبل از ميكروفون خازني براي ضبط اركستر استفاده مي گرديد.
منوي اصلي
ميكروفونهاي خازني (الكترواستاتيك) و يا (الكتروكاندستور)
ميكروفون خازني، ميكروفوني است كه از يك صفحه ثابت و يك صفحه متحرك كه بعنوان دو جوشن يك خازن عمل مي كند تشكيل شده است. اگر در مدار خازن يك ولتاژ و يك مقاومت قرار دهيم خازن شارژ مي شود حال اگر ارتعاشات صوتي به صفحه متحرك (ممبران) وارد آيد فاصله دو جوشن تغيير مي نمايد، بنابراين ظرفيت خازن متغير مي شود، البته تغييرات اين ظرفيت خازن تغيير مي كند جريان در مدار تغيير مي نمايد. با عبور جريان از مقاومت در دو سر اين مقاومت يك ولتاژ الكتريكي ظاهر مي شود باين وسيله توانسته ايم تغييرات فشار صوتي را به تغييرات فشار الكتريكي تبديل نمائيم.
ميكروفون الكترواستاتيك خيلي خوب مي تواند قابل مقايسه با يك ميكروفون الكترودايناميك خيلي خوب باشد وگرنه هر الكترواستاتيكي از هر الكترودايناميكي بهتر نيست. هرگاه در عمل ضبط صدا بهترين كيفيت ممكن مورد نظر باشد، مي توان از ميكروفونهاي الكترواستاتيكي يا الكتروكاندنستور (Condenser) استفاده نمود. چون حركت ديافراگم آن با جرم بسيار كم مي تواند در برابر كوچكترين ارتعاشات پاسخ سريع (Transienty Response) بدهد. و حتي اين ميكروفون مي تواند آنقدر سريع عمل مي كند كه صداي ضربه كوچك Impulse را مانند صداي يك جرقه و يا خزيدن مار برروي برگها ر ا دريافت نمايد، و اين يكي از دلايل برتري ميكروفون الكترواستاتيك بر الكترودايناميك است.
ميكروفون الكترواستاتيك (خازني) باعث مي شود كه صداي ترجمه شده يا تبديل شده خيلي نزديك به صداي اصلي باشد ولي ميكروفون الكترودايناميك صدا را تيره مي سازد.
توصيه خيلي مهم در باره اين ميكروفونها آن است كه به دليل نازك بودن ممبران آن، نبايد در ضبط انفجارات و صداهاي شديد از ان استفاده نمود. چون اين عمل باعث كاهش حساسيت آن و يا پاره شدن ممبران آن مي گردد.
بعلت امپدانس زياد و راندمان كم ميكروفوني خازني دامنه سيگنال خروجي ضعيف است بطوريكه مدار تقويت كننده الكترونيكي در بدنه ميكروفون و در ميكروفونهاي يقه اي دذ بيرون آن تعبيه مي شود. معمولاً در طراحي ميكروفون خازني سعي مي شود براي نوار وسيعي از فركانس طراحي شود. براي اين منظور بايستي ضريب كشش ديافراگم را زياد نمود و جرم آنرا كم انتخاب كرد. در نتيجه ميكروفون داراي پاسخ فركانس وسيع مي شود. البته راندمان آن با زياد كردن ضريب كشش، كاهش مي يابد كه بوسيله مدار تقويت كننده الكترونيكي به اندازه كافي تقويت مي شود.
راندمان ميكروفون خازني ميكروفون ذغالي است و پاسخ فركانس در پهناي نوار 20 تا 20000 هرتز خطي است و از اين ميكروفون براي ضبط موسيقي در استوديوها و آزمايشگاههاي تحقيقاتي آكوستيك استفاده مي شود. در شكل زير نمونه اي از يك مقطع ميكروفون يك جهته خازني و نوار پاسخ فركانس ميكروفون خازني ديده مي شود.
البته امروزه ميكروفون خازني بدون منبع تغذيه نيز ساخته شده بطوريكه در فاصله دو جوشن ماده اي قرار دارد كه بطور دائم بار الكتريكي در آن وجود دارد (الكتروولت) و بر اثر فشار صوت اختلاف پتانسيل در دو جوشن آن تغيير مي كند.
منوي اصلي
نتيجه (محاسن ميكروفونهاي مختلف)
برتري هاي ميكروفون الكترواستاتيك عبارتند از:
1-وسيع بودن پهناي باند Frequency Response.
2-خطي بودن پهناي باند.
3-پاسخ سريع در برابر ارتعاشات ضربه اي Impulse.
4-سطح نويز آنها خيلي پايين است. (سطح نويز يك ميكروفون ناشي از الكترونهايي است كه در اثر برخورد به يكديگر در عنصر مورد نظر (ميكروفون) ايجاد مي شود).
5-محكم بودن ديستورشن (Distortion): هرگونه تغيير ناگهاني و ناخواسته در خروجي يك دستگاه نسبت به ورودي.
منوي اصلي
معايب ميكروفونهاي خازني
1-در برابر حرارت، دود سيگار، گرد و غبار و دخانيات، رطوبت و ... خراب مي شود.
2-در مقابل ضربه بسيار آسيب پذير هستند و حتماً بايد در جعبه آن را حمل كرد و درست در موقع استفاده بايد آنرا باز كرد.
3-احتياج به منبع تغذيه دارند. (جهت شارژ كردن خازن و انتقال سيگنال به اولين طبقه).
مطلب بسيار مهمي كه بايد در نظر داشت آن است كه اين نوع ميكروفون و ميكروفون الكترودايناميك، هميشه در حال كار هستند پس بايد هميشه آنها را در جعبه هاي ضد صدا قرار داد تا از استهلاك آن جلوگيري كرد.
منوي اصلي
دلايل احتياج منبع تغذيه در ميكروفونهاي خازني
ميكروفونهاي خازني به دو دليل احتياج به منبع تغذيه دارند:
1-خازن براي عملكرد احتياج به شارژ دارد تا تغيير فاصله بين جوشنها باعث ايجاد يك جريان متغيير و اين جريان متغير در دو سر يك مقاومت تشكيل يك ولتاژ متغيير مي دهد.
2-از آنجا كه امپدانس خروجي اين ميكروفون زياد است ولتاژ بسيار ناچيزي در خورجي را بيشتر از چند ميليمتر نمي توان منتقل كرد. پس احتياج به يك پيش تقويت كننده Pre Amplifire داريم. كه با بهترين طراحي بعد از كپسول قرار مي گيرد.
مطلبي كه بايد به آن توجه كرد آن حساسيت ميكروفونهاي الكترواستاتيك در مقايسه با ميكروفونهاي الكترودايناميك درب رابر ارتعاشات مكانيكي زياد است بنابراين در جايي كه بايد ميكروفون را حركت داد بهترين راه اين است كه از ميكروفونهاي الكترودايناميك استفاده كرد. مگر در مواقعي كه واقعاً احتياج به كيفيت خوب در صدابرداري باشد. ميكروفونهاي الكترواستاتيك گاهي اوقات در يمك محفظه از نظر مكانيكي عايق مي شوند و ارتعاشات مكانيكي به آنها منتقل نمي شود. حساسيت ميكروفونهاي خازني نسبت به وزش باد خيلي بيشتر از ميكروفونهاي الكترودايناميك است.
منوي اصلي
ميكروفون بي سيم يا MF يا Wireless Mic
در استفاده از اين نوع ميكروفونها با سه بخش روبرو هستيم:
1-نوع ميكروفون كه اصلاً محدوديتي در آن وجود ندارد.
2-بخش فرستنده.
3-بخش گيرنده.
در نوع ميكروفون محدوديت وجود ندارد و هر نوع ميكروفوني مي تواند باشد ولي بايد نوع فرستنده آن خيلي كوچك باشد.
منوي اصلي
11-9-پروانه كانال فرستنده (Program channal)
عرض بايند كانال اين فرستنده در حدود 15 كيلوهرتز مي باشد و نوع مدولاسيون در آن از نوع FM (Frequency Modulation) مدولاسيون فركانس با سيگنال به نويز زياد و درصد دستورشن كم، كه در باند UHF FM كار مي كنند. به دليل عدم استفاده از كابل جهت تغذيه مدارات آن از باطري استفاده مي شود و آنتن آن فركانس كرير بوده و بهترين عمل جهت قرارگرفتن در گردن گوينده است.
منوي اصلي
گيرنده (Riciver)
گيرنده اين نوع ميكروفون ها به دو شكل مي باشد كه يك شكل آن بر روي Roc نصب مي گردد و هنگامي از آن استفاده مي شود كه در استوديو به صدا نياز داريم و درون اتاق كنترل مي باشد و شكل ديگر آن پرتابل يعني قابل حمل و نقل است كه به دليل داشتن ابعاد كوچك مي توان آنرا حمل نمود و يا جايي آويزان كرد ابعاد اين گيرنده حدود 12×C20 با ضخامنت cm3 و با وزن 300 گرم مي باشد.
آنتن گيرنده از حساسيت زيادي برخوردار است و نوع پرتابل آن بر روي بندگيرنده نصب مي گردد. آنتن آن از نوع Roc كه بر روي يك پايه درون استوديو مي باشد كه توسط كابل هاي كواكسيال (كابل شيلدار) به درون اتاق كنترل منتقل مي گردد. در شرايط پرتابل معمولاً جهت تغذيه از 2 عدد باطري 5/9 ولت استفاده مي شود و در شرايط استوديو مي توان از برق استفاده نمود.
از آنجا كه ممكن است مسئله انعكاس و يا حذف سيگنال پديد آيد، بايد حتي الامكان آنتن گيرنده به فرستنده نزديك باشد. كاربرد اين نوع ميكروفون معمولاً در جاهايي مي باشد كه كابل ميكروفون مزاحم كار ما مي باشد، حال اين مسئله چه درون استوديو باشد و چه در بيرون آن.
يك نوع از ميروفون هاي مينياتوري آن از نوع Sony_EcM5op مي باشد كه معمولاً بين 5/1 ولت تا 52 ولت كار مي كنند.
منوي اصلي
ميكروفونهاي الكتريت (Electret Cendenser Mc)
اولين دسته خانواده فرعي و جوان از ميكروفون هاي الكترواستاتيك، ميكروفون هاي الكترود هستند. ميكروفونهاي الكترود مزيتي كه بر ميكروفونهاي الكترواستاتيك دارند اين است كه خازن آنها هميشه شارژ مي باشد و احتياجي به منبع تغذيه جهت شارژ خازن ندارند و چند سالي است كه در ضبط هاي حرفه اي ساده مي توان از آنها استفاده كرد. به دليل كوچك بودن و ارزان بودن اين ميكروفونها امروزه تقريباً روي اكثر دستگاههاي آماتوري نصب مي شود و در كارهاي تصويري هنگام پنهان سازي مي توان از اين ميكروفون استفاده نمود. يك نمونه از آن را مي توان ميكروفون Sony-ECA50 نام برد.
لازم به يادآوري مي باشد كه ميكروفونهاي الكترواستاتيك ديگري وجود دارد كه هركدام به نوبه خود در جاهاي مخصوصي استفاده مي شود كه ازجمله مي توان به ميكروفون «گان» و «ميني گان» اشاره نمود كه بعد از طرح گيرايي ميكروفون ها در باره آنها به تفصيل شرح داده مي شود. البته بايد اضافه كرد كه براي تقويت سيگنال ورو.دي به ميكروفون احتياج به يك تقويت كننده مقدماتي نيز مي باشد كه تنها به يك باطري كوچك 5/1 ولت نياز مي باشد. ضمناً تقويت كننده آن يك مدار FET مي باشد.
منوي اصلي
منابع تغذيه ميروفونها
دو استاندارد براي منابع تغذيه ميكروفونهاي استاتيك حرفه اي بكار مي رود:
1-استاندارد اول، استانداردي بنام فانتوم پاور Phontom system Power است. البته دليل اين اسم شكل مدار تغذيه مي باشد. در اين استاندارد ولتاژ مورد استفاده 48 ولت (DC) است كه ولتاژ 12 ولت (DC) نيز ساخته شده است. اين سيستم، جرياني حدود چندصد ميلي آمپر به سه روش زير براي ميكروفونهاي مدرن بوجود مي آورد:
روش اول:
در اين روش از منبع تغذيه خارجي، يعني از برق شهر استفاده مي شود. در اين نوع، منابع تغذيه داراي سلكتوري هستند كه ولتاژ ورودي آنها را تأمين مي كنند. در عمل اين منبع تغذيه يك مكعب مستطيلي است كه كف استوديو واقع مي گردد و داراي ورودي in و خروجي output است. خروجي ميكروفون را به input و از output بجاي خروجي ميكروفون استفاده مي شود. پس دذر اين روش منبع تغذيه بين ورودي و خروجي ميكروفون سري مي شود. در استوديوهاي بزرگ كه ممكن است استفاده از ميكروفونها زياد باشد اين واحدها را در اتاق كنترل مي سازند و با برق شهر آنها را با يك كليد خاموش و روشن مي كنند.
روش دوم:
در اين روش از باطري جهت تغذيه مدار استفاده مي شود كه اين روش خود دو راه دارد:
I) باطري بدنه درون بدنه ميكروفون جاي مي گيرد.
II) باطري درون محفظه اي قرار مي گيرد كه دقيقاً مثل روش اول بين ميكروفون و دستگاه ضبط قرار مي گيرد. اين محفظه يا در بيرون ميكروفون و يا متصل به آن است.
روش سوم:
در اين روش كه در استوديوهاي مدرن وجود دارد تغذيه ميكروفون ها توسط دستگاه ميكسر انجام مي گيرد كه خود تغذيه درون ميكسر است.
در استاندارد فانتوم پتانسيل منفي (يا صفر DC) از طريق شيلد كابل براي ميكروفون تأمين مي شود اما پلارتيه مثبت 48 ولت را در استاندارد فانتوم از طريق دو هادي درون كابل كه كار آنها مدولاسيون رفت و برگشت است انتقال مي دهيم. يعني 48+ ولت رفت را در روي دو سيم يكسان مي گذاريم تا نسبت به هم باز هم ولتاژ صفر داشته باشيم.
در عمل ولتاژ 48 ولت را به يكي از سرهاي ترانس مي توانيم بدهيم ولي هر آينه امكان وجود پتانسيلي بين دو سيم هست و تقارن خط را به هم مي زنيم. در واقع در يك سر كه ولتاژ DC است، در سر ديگر سيمي وجود دارد كه آماده است تا هر نوع پتانسيلي را ايجاد كند. همچنين سيستم فانتوم خود تأكيد كرده است كه بايد ولتاژ بين دو سيم صفر باشد. ولي صفر كردن ولتاژ بين اين دو به هر راهي باعث كوتاه شدن اتصال خروجي ميكروفون مي شود. براي اينكار سيستم فانتوم از دو مقاومت بسيار دقيق به مقدارهاي 8/6 كيلواهم استفاده مي شود.
از سر وسط ترانس در اين حالت استفاده نمي شود. در اغلب ميكسرها از استاندارد فانتوم 48+ ولت استفاده مي شود كه با يك تقسيم ولتاژ توسط دو مقاومت مي توان آنرا تبديل به V12 ولت كرد ولي هر V12 را به آساني نمي توان به V48 ولت تبديل كرد.
2-استاندارد دوم، استاندارد T يا پارالل يا AB است. ولتاژ معمول اين استاندارد V10 ولت (DC) است. براي فرستادن V10 ولت به ميكروفون از همان سه روش استفاده مي شود. ولي تنها 1/0% از ميكسرها، تغذيه براي اين استاندارد دارند. نام چند ميز ميكسر كه داراي
Schlambger 4000 سري تغذيه فانتوم دارد
Schlambger 2000 سري تغذيه ندارد
Schtuder 48V دارد تغذيه فانتوم
در سيستم I هم احتياج به ارتباط اضافه نيست و از همان كابل 3 سيم استفاده مي شود ولي تفاوت آن با سيستم فانتوم اين است كه صفر ولت در قبل در شيلد است ولي در اينجا 10 ولت روي دو سيم است و شيلد آزاد است و هر دو سيم ما داراي پتانسيل مي باشد. در سيستم فانتوم پلاريته اي بين دو سيم نيست.
منوي اصلي
مزيت سيستم فانتوم بر AB:
مزيتي كه سيستم فانتوم به AB دارد اين است كه چون سيم ها نسبت به هم ولتاژي ندارند به راحتي مي توان به يك Patch pannel (پَچ‎‏ْ پنل) ميكروفون الكترودايناميك هم وصل كرد. ولي در سيستم AB چون ولتاژي بين دو سيم هست هرگاه ميكروفون دايناميك را به آنجا وصل كنيم ولتاژ وارد ميكروفون مي شود و آنرا تبديل به بلندگو مي كند.
لازم به تذكر است كه ميكسر استلاوكس تغذيه 48 ولت و هم 12 ولت و هم 10 ولت دارد و ميكسري است كه قابل حمل و نقل است.
منوي اصلي
بادگيرها ( جنس و ساخت بادگيرها )
بادگيرها از اجناس متخلخل هستند و در ساخت آنها اين نكات مورد توجه قرار مي گيرد: در ساخت بادگيرها شكل آيروديناميكي حفظ مي شود و ملكول براي عبور از آنجا كه بايد از حفره هاي زيادي عبور كنند سرعت آنها كم شده و در نتيجه به ميكروفون آسيبي نمي رسد. در مواردي كه باد شديد است مي توان از آن استفاده كرد.
موارد استفاده از آن:
از بادگير جهت كاهش سرعت باد در مكانهاي مختلف استفاده مي كنند ولي گاهي اوقات كه نه بايد و نه تحركي هست باز هم از بادگير استفاده مي كنند كه اين عمل به دو دليل مورد استفاده قرار مي گيرد:
الف-براي جلوگيري از رسيدن رطوبت دهان و يا بزاق دهان، هنگامي كه در نزديكي سخنگو قرار دارد از بادگير استفاده مي شود.
ب-بسياري از حورف كه توسط لبها ادا مي گردد خود حركتي در ملكول ها ايجاد مي كنند كه مانند حركت هوا است مثل «پ» كه اثري در فواصل نزديك ايجاد مي كند و به آن پاپ افكت Pop – efect مي گويند. بادگير يكي از راههاي جلوگيري از آسيب رساندن اين حركت به ميكروفون است. در شكل نمونه اي از اين بادگيرها ديده مي شود.
مشخصات راستايي ميكروفونها (پولارپترن Polar pattern)
كليه ميكروفونها بر اساس نوع ساختمان، فشار صوت محيط اطراف را بطرق مختلف دريافت مي كنند. براي مثال در ميكروفون نواري، ممبران اين ميكروفون در فضا ممكن است به نحوي واقع شود كه از يك يا دو راستا صدا دريافت كند و يا ميكروفوني طرح شود كه در تمام راستاها صدا را دريافت نمايد.
چگونگي دريافت صدا از جهات مختلف يا بررسي چگونگي حساسيت ميكروفون از زواياي مختلف نسبت به منبع يا منابع صوتي را پولارپترن گويند. پولار پترن مشخصه اي است كه به ميكروفونهاي جهت دار نسبت داده مي شود، در ميكروفون جهت دار همه جهته، تفاوتي در شكل ديافراگم نيست و همه آنها داراي ديافراگم دايره اي به اندازه يك سكه هستند.
پولارپترن ميكروفونها به چهار گروه يك راستايي (دلوار يا كارديوئيد) و دو راستايي يا به صورت هشت لاتين (Birdirectional) و يا نارسائي يا تمام جهته (Omni directional) و يا فوق العاده كارديوئيد (Hgpr Cardioid) تقسيم مي شوند كه شناخت هر كدام تنها به اسم و نوع، با توجه به مشخصاتي كه كارخانه ها در كاتالوگهاي مربوط به هر ميكروفون بيان مي كنند بستگي دارد و هيچ بستگي به نوع شكل و قيافه ميكروفونها ندارد.
منوي اصلي
الف ميكروفونهاي تمام جهته (Omni directional)
ميكروفونهاي تمام جهته را Omni directional گويند علامت اختصاري آن، شبيه كره است. همان طور كه از اسم اين نوع ميكروفونها مشخص است، اين ميكروفونها قادرند اصوات صوتي و يا منابع صوتي را كه در اطراف خود مي باشند به وضوح دريافت دارند و هيچ نقطه كوري در اطراف آن وجود نداشته و اصوات به طور يكنواخت از اطراف ميكروفون، ممبران آنرا به ارتعاش وامي دارند. هرچه ابعاد ميكروفون كوچكتر باشد خطاي يك جهته شدن در فركانسهاي بالا را كمتر دارد چون ابعاد ميكروفون كمتر تشكيل سايه مي دهند. چرا كه در فركانسهاي بالا به علت كوچك بودن طول موج ابعاد ميكروفون مي تواند توليد سايه اكوستيكي بنمايد. همان طور كه بيان شد تمايل به زاويه دار شدن در فركانسهاي بالا نكته اي كه بايد در انجام كار به آن توجه كرد چون هرگاه بخواهيم صداي دو نفر را با هم و به يك صورت و يا يك شفافيت داشته باشيم، در صورت شرايط مناسب بايد ميكروفون را دور از اشخاص طوري قرار دهيم كه زاويه آن هر دو شخص را در خود جا دهد.از اين ميكروفون در مواقعي استفاده مي شود كه احتياج به جهت خاصي در برابر منبع و يا منابع صوتي نداشته باشيم و بخواهيم صداي كل يك محوطه را داشته باشيم مانند يك ورزشگاه، كه در اين حالت توانسته ايم شخصيت واقعي يك محل را حفظ نماييم.
حساسيت اين ميكروفونها بدليل مكانيزم آنها در برابر حركت دست كم است. همچنين حساسيت اين ميكروفونها در برابر حركت سريع ملكولهاي هوا در جلوي ديافراگم است و بهترين نوع ميكروفون نسبت به جريان شديد باد و يا حركت شديد ميكروفون است. ولي از آنجايي كه اين ميكروفونها به نويز حساس هستند حداقل استفاده مي شود.
از ميكروفون هايي كه داراي چنين حالتي هستند مي توان سنايز MD211U و MD21N و نوي من U87، KN83، Akgc414 را نام برد.
منوي اصلي
ب-ميكروفونهاي يك جهته يا كارديوئيد يا دلوار (Cardioid)
ميكروفون هاي يك جهته، ميكروفونهايي هستند كه فقط ارتعاشاتي را كه از يك جهت، يعني جهت مقابل به ميكروفون وارد مي شود مي تواند به طور واضح عكس العمل نشان دهد و اين عكس العمل در مقابل زواياي ديگر به وضوح نيست و خارج بودن منبع را از زواياي ميكروفون نشان مي دهد. و از اين جهت به آن كارديوئيد گفته مي شود كه پترن آن شبيه قلب مي باشد. كه علامت اختصاري آن چنين است.
اگر منبع صوتي در زاويه صفر درجه قرار گيرد يعني منبع دقيقاً روبروي ميكروفون باشد صداي منبع بخوبي دريافت مي شود و هنگامي كه به زاويه 180 درجه مي رسيم به نقاط كورميكروفون خواهيم رسيد كه اين نقاط، نقاط كور ميكروفون نيستند ولي چيزي در حدود 20 دسي بل ورودي را تضعيف مي كنند.
اين نوع ميكروفون يكي از پركاربردترين ميكروفون ها در شرايط حرفه اي است چرا كه با اين ميكروفون مي توان منبع صوتي خواسته شده رات مورد توجه قرار دهيم و منبع ناخواسته را در نقاط كور ميكروفون قرار دهيم. مورد استفاده اين ميكروفون وقتي است كه منبع يا جهت خاصي مورد نظر جهت ضبط صوت مي باشد و احتياج به صداهاي ديگري كه اطراف ما ناخواسته است، نداريم. از اين ميكروفون جهت ضبط كنسرت و رپرتاژ و تئاتر و نمايشنامه كه احتياج به صداهاي پشت صحنه نداريم، استفاده مي كنيم.
ميكروفونهايي كه داراي اين نوع پترن هستند عبارتند از سنايزر MD414 و نوي من U87، Axc414.
منوي اصلي
ج-ميكروفونهاي دوجهته يا دوراستايي يا هشت لاتين (Bridirectional)
ميكروفونهاي دوجهته، ميكروفونهايي هستند كه قادرند ارتعاشات صوتي را از دو جهت مخالف دريافت نمايند. كه به آنها فيگور اف ايت Figure of eight يعني به صورت هشت لاتين 8 مي تو.انند اصوات را دريافت كنند. نماي زاويه با پترن اين ميكروفون به صورت شكل روبروست.
فرقي كه اين ميكروفون با بقيه خانواده هاي گفته شده دارد، اين است كه در حالت هاي قبل ميكروفون طوري در جلوي منبع صوتي قرار مي گرفت كه ديافراگم درست موازي با منبع صوتي بود و خط عمود بر اين ميكروفونها (بر ممبران آنها) هم جهت با محور yها است.اما در اين نوع ميكروفون، ديارفاگم از دو جهت با هواي بيرون و اطراف در ارتباط هستند و ديافراگم خود موازي با محور yها است و خط عمود بر آن موازي با محور xها است بنابراين ميكروفونهاي قبلي به طور افقي در هوا قرار مي يگرند.
ولي در اين نوع ميكروفون ها به طور عمودي در جلوي منبع صوتي قرار مي گيرند. از اين ميكروفون زماني استفاده مي گردد كه دو منبع همگن و هم شرايط داشته باشيم و اين دو مقابل همديگر واقع شدهد باشند مثلاً دو نفر كه در مقابل هم ديالوگ مي گويند و يا در مورد اركستر كه دو ساز در مقابل هم نشسته اند بجاي دو ميكروفون مي توان از يك ميكروفون Bidirectional استفاده نمود.
ميكروفونهايي كه داراي اين نوع پترن هستند هبارت است از: نوي من N.M.U87 و AKGC 414. البته ميكروفونهاي نواري از اين نوع ميكروفونها مي باشند.
منوي اصلي
د- ميكروفونهاي فوق العاده كارديوئيد (Hyper cardioid)
به علت اينكه ميكروفونهاي كارديوئيد براي استفاده داراي زاوية بازي هستند مي توان از اين ميكروفونها در مكانهاي مناسب استفاده نمود. مثلاً در جاهاي كه دو منبع صداي نزديك به هم كه داراي دامنه شديد داشته باشيم و بخواهيم از دو ميكروفون كارديوئيد استفاده كنيم و از احتمال نشت صدا از يك منبع روي ميكروفون منبع كناري وجود دارد.
فرم نصب اين نوع ميكروفونها بطوري است كه يك طرف آن (يعني سمت كوچكتر آن) به سمت سالن و سمت بزرگترل آن به طرف اركستر در سالنهاي اركستر مي باشد و براي نشان دادن شخصيت واقعي اكوستيكي سالن مي توان با نزديكتر گرفتن ميكروفون نسبت بهد اركستر و دور كردن آن نسبت به سالن، صداي اركستر را بهتر گرفت. ضمناً بايد اضافه نمود قسمت زائد آن بايد بطرف فصل مشترك ديوار و سقف قرار يگرد تا شرايط آكوستيكي سالن بهتر نشان داده شود.
ميكروفونهايي كه داريا اين نوع پترن هستند عبارت است از ميكروفونهاي الكتروديناميك و الكترواستاتيك. (بخصوص خازني) از يان ميكروفون بيشتر در جاهايي استفاده مي شود كه سطح نويز آن كم است چون كم خطرتر و قابل كنترل است.
حال در اين قسمت به دو ميكروفون معروف بحث خواهيم كرد كه داراي پترن مختلفي هستند. يكي از آنها ميكروفون گان (Tele Gun) و ديگري ميكروفون ميني گان (Mini Gun) مي باشد.
براي شناسايي پترن ميكروفونها نشانه هايي روي آنها رسم كنند كه در روي ميكروفون هاي نويمان مي توان بوسيله كليد اين پترن را تغيير داد. ضمناً از اين ميكروفون در استوديوهاي راديويي و تلوزيوني استفاده مي شود.
منوي اصلي
ميكروفون گان (Gun Mic or Tele Mic)
از اين ميكروفون هم در كار فيلم و هم در كار ويدئو در شرايط صدابرداري سر صحنه استفاده مي شود. منظور آنست كه در هنگام ضبط فيلم ها و سريال ها در همان لحظات، صدايي كه از هنرپيشه ها ادا مي شود، همزمان با ضبط تصاوير، ضبط گردد. علت استفاده از اين ميكروفون در صدابرداري سر صحنه آنست كه اين ميكروفون داراي زاويه (پولاپترن با زاوية بسته) مي باشد كه مي توان با هدف گرفتن به دهان شخص هنرپيشه، سخنان وي را ضبط كرد. همچنين از ورود نويزها به ميكروفون جلوگيري مي كند.
اين ميكروفون بنام تله ميكروفون و يا ميكروفون تفنگي (گان) است كه شكل آن به صورت زير مي باشد و داراي لوله ايست به طول 75 سانتي متر، كه در يك سمت آن نيز مشبك است.
بهترين نوع ميكروفون از نوع خازني مي باشد. البته نوعي دياناميكي وجود دارد كه در جاهاي كم نويز استفاده مي شود. البته نوع خازني آن به دليل آنكه نسبت به وزش باد و هر ارتعاش مكانيكي حساسيت زيادي دارد بنابراين آنها را روي يك پايه الاستيك (لرزه گير) وصل مي كنند تا با دنياي خارج ارتباط نداشته باشد. بنابراين آنها را روي يك پايه الاستيك (لرزه گير) وصل مي كنند تا با دنياي خارح ارتباط نداشته باشد. بنابراين ميكروفون روي لرزه گير و خود لرزه گير نيز مي تواند برروي بومس وار شو.د كه بوم دستي در روي پايه در استوديوها كه قابل حمل و نقل مي باشد، قرار مي گيرد. متعلقات يك ميكروفون عبارت است از:
الف-لرزه گير، ب-پايه دستي، ج-بادگير.
منوي اصلي
دلايل استفاده از ميكروفون گان
گاهي از مواقع در صدابرداري سر صحنه مجاز هستيم كه ميكروفون را داخل كادر داشته باشيم و گاهي اوقات نيز هنگامي كه دوربين تصاوير درشت Closeup را مي گيرد ما هم مي توانيم ميكروفون را به سوژه يا منبع نزديك كنيم بطوريكه ميكروفون ديده نشود و صداي قابل قبولي را ضبط نماييم. اما بعضي از اوقات دوربين در حال گرفتن تصاوير بزرگ Long مي باشد و ميكروفون نيز نبايد در داخل كادر قرار گيرد. حال اگر ميكروفون را از سوژه دورنگه داريم، دورنگه داشتن آن يعنمي كاهش قابليت قبول بودن صدا، بنابراين دور بودن آن 2 مطلب را بوجود مي آورد: 1-نويز زياد مي شود، 2-نسبت پس آوايي مكان به سيگنال زياد مي شود و وضوح يا درك مطلب كم مي شود.
براي از بين بردن اين معايب، مي توان از ميكروفون مخفي استفاده كرد كه خود ميكروفون مخفي نيز داراي يك سري معايب مي باشد كه:
الف-دست و پاگيري ايجاد مي كند چرا كه اين عمل در تمام صحنه ها براي ما ضروري نمي باشد.
ب-پرسپكتيو صدا را بر هم مي زند. بنابراين بايد از ميكروفوني استفاده كنيم (در صدابرداري سر صحنه) كه معايب گفته شده را نيز براي ما حل كند كه بهترين ميكروفون، ميكروفون گان مي باشد.
اين ميكروفون شكل استتار ندارد و مي توان روي بوم دستي خارج از كادر قرار گيرد و مسئله نسبي پرسپكتيو را هم حل نمايد. بنابراين اگر گروهي در شرايط تصويري خارج از استوديو بخواهند صدابرداري كنند، لازم است اين ميكروفون را همراه داشته باشند.
زاويه پترن اين ميكروفون حدود 50 است كه در زاويه 110 تا 120 نقطه كور اين ميكروفون است.
منوي اصلي
مكانيزم ميكروفون گان (Gun)
مكانيزم كار اين ميكروفون طوري است كه عمل تغيير فاز را (phase change) براي صداهايي كه از اطراف به آن مي رسد انجام مي دهد. اين عمل نيز توسط لولة اين ميكروفون صورت مي گيرد چرا كه لوله مي تواند صدا را هم از جلو و هم از كناره هاي جانبي بگيرد و وارد لوله كند. صداهايي كه از جلو وارد يم شوند هيچ اختلاف فازي ايجاد نمي نمايند و صدا همان طور مي ماند. ولي در مورد صداهايي كه از كناره ها مي رسند اختلاف فازي براي صداها ايجاد مي كند كه اثر يكديگر را خنثي مي نمايند. (البته صداهاي جانبي از شبكه كناري وارد مي شود كه كارخانه جهت اين اختلاف فاز، مقدار شبكه ها را محاسبه نموده است) و صدا فقط از جلو مي رسد.
ميكروفون هايي كه داراي چنين پترني مي باشند عبارت است از:
NK816P – NK816T - AKG – CK9
ميكروفون ميني گال (Mini-Gun)
ميكروفون گان در صدابرداري سر صحنه استفاده مي شود چون اين ميكروفون در جاهايي كه دوربين زياد بسته نيست و نويز هم كم است دردسر دارد يعني با كوچكترين انحراف از نظر تمركز، صدا به اصطلاح out مي گردد (به دليل زاويه كم آن مي باشد) از ميكروفون ديگري به نام ميني گان كه كوچكتر از گان مي باشد استفاده مي كنيم چرا كه اين ميكروفون زاويه اش بازتر است. زاويه آن حدود 75 مي باشد. و ديگر آنكه سبك تر مي باشد.
از جمله اين ميكروفون ها MKH-416 – AKG-CK8 مي باشند.
منوي اصلي



منوي اصلي



منوي اصلي



منوي اصلي



منوي اصلي



منوي اصلي

بخش دوم - ميكروفونها (مبدلهاي الكتروآكوستيكي)
ميگروفونها يا مبدلهاي الكترو آكوستيكي، دستگاههايي هستند كه تغييرات انرژي آكوستيكي را به انرژي الكتريكي تبديل ميكنند. (ضمناً عكس اين مطلب نيز در مورد بلندگوها صادق است). همانطور كه ميدانيم انرژي صوتي از نوع انرژي مكانيكي است و با جرم، محيط الاستيك و نيرو سروكار دارد. بنابراين حفظ و انتقال انرژي صوتي (آكوستيكي) در برد زياد امكان پذير نيست. فرض كنيد انرژي صداي گفتگوي انسان به ميزان انرژي رعد و برق (مثلاً 130) باشد: البته ميدانيم كه برد انتقال اين انرژي محدود است، در صورتي كه اگر اين انرژي (صوتي) به انرژي الكتريكي تبديل شود هرگونه تغيير و تبديل روي آن به راحتي امكان پذير است. براي مثال انرژي الكتريكي را مي توان بعصر ميزان تقويت كرد و آن را به هر نقطه در فواصل خيلي دور ارسال داشت مثلاً انتقال صداي گويندهاي كه در جلوي ميكروفن در استوديو به ساير نقاط از جهان صحبت ميكند و اين انرژي توسط فرستنده راديويي به ساير نقاط با وسعت بسيار پخش ميشود. انرژي الكتريكي به وسيله بلندگو مجدداً به انرژي آكوستيكي تبديل ميشود. با توجه به ماهيت انرژي آكوستيكي دستگاههائي كه كار تبديل را انجام ميدهند به هر ترتيب با عمل مكانيكي سرو كار دارند و سيستمهاي نوسان كننده مكانيكي مطرح ميشوند.
همانطور كه اگر شخصي در موقع صحبت كردن يك صفحه كاغذ را بطور كشيده در جلوي دهان خود قرار دهد، متناسب با دامنه و فركانس انرژي صوت كاغذ به ارتعاش در ميآيد، ممبران ميكروفن بر اثر صورت ارتعاش مينمايد، با استفاده از پديدههاي فيزيكي مانند پديدههاي القاي الكترومانيتيك، اثر پيزد الكتريك، تغييرات ظرفيت خازن و تغييرات مقاومت گردد، ذغال انرژي اكوستيكي به انرژي الكتريكي تبديل ميكند.
قبل از پيشرفت علم الكترونيك و ساختن تقويتكنندههاي مناسب معمولاً از شرايط نامناسب ميكروفن استفاده ميشد، زيرا اگر بخواهيم سيگنال خروجي ميكروفون بر حسب فركانس در نوار 20 تا 20000 هرتز خطي باشد را ندمان ميكروفن بسيار ناچيز خواهد بود. بطوريكه اگر سيگنال بلافاصله درون بدنه ميكروفن تقويت نشود بر اثر ضعيف بودن دامنه سيگنال نونه بسياري وارد شده و عملاً استفاده از آن سيگنال با كيفيت مناسب بدون استفاده از تقويت كننده اوليه امكانپذير نميباشد.
بنابراين در محاسبه ميكروفن بدون استفاده از تقويتكننده سعي ميشود راندمان نسبتاً بالا باشد كه موجب باريك و ناصاف شدن پاسخ فركانس ميشود. مانند ميكروفن ذغالي كه داراي راندمان خوب بوده ولي پهناي نوار فركانس آن كم و ناصاف ميباشد. امروزه در بيشتر موارد از ميكروفونهاي با كيفيت خوب در امر صدابرداري در راديو و تلويزيون و استوديها استفاده ميشود كه داراي تقويت كنندههاي اوليه الكترونيكي ميباشد.
ضمناً ميكروفون هاي با كيفيت عالي براي كارهاي دقيق اندازهگيري بدون نويز و بدون ديستورشن (اعوجاج) هر نوع تغيير شكل ناخواستهاي كه در سيستم بر روي سيگنال بوجودآيد ديستورثن (Distortion) يا اعوجاج گفته ميشود) ساخته ميشود و در نوار فركانس 20 تا 20000 هرتز پاسخ خطي دارند كه در آزمايشگاههاي تحقيقاتي از آنها استفاده ميشود.
ميكروفون ها تغييرات فشار صوت درون محيط را به تغييرات مشابهي از ولت يا جريان در داخل مدار الكتريكي كه متصل به آن است تبديل مينمايند كه اين جريان وارد دستگاههاي تقويت كننده شده و پس از عملياتهاي مختلف توسط بلندگو به انرژي صوتي تبديل ميشود.
منوي اصلي
ساختمان ميكروفونها
ميكروفونها از نظر ساختمان به چند دسته تقسيم ميشوند، ميكروفونهاي ذغالي، ميكروفنهاي ديناميكي، ميكروفونهاي الكترومغناطيسي، ميكروفنهاي الكترواستاتيك، ميكروفونهاي نواري و ميكروفونهاي پيزو الكتريكي (كريستالي).
منوي اصلي
ميكروفونهاي ذغالي (كربندار)
ميكروفونهاي ذغالي تشكيل شده از يك مخزن ذرات ذغالي، اين ذرات ذغالي ممكن است به اشكال مختلف هندسي تهيه شود. روي ذرات يك شاخك قرار دارد كه ديافراكم يا ممبران متصل است كه اگر در مقابل اين ممبران يا ديافراگم صورت ايجاد كنيم مرتعش ميگردد ارتعاشات حاصل در ممبران، دقيقاً همان مشخصات ارتعاشات منبع صوت را دار مي باشد. و اين تغييرات فشار عيناً به شاخك انتقال مييابد. تغييرات ايجاد شده در ممبران يا شاخك باعث تغيير مقدار فشردگي ذرات ذغال به يكديگر شده كه در نتيجه مقاومت الكتريكي مجموعه مخزن تغيير مييابد و مشاهده ميكنيم كه متناسب با همان تغييرات فشار وارده روي ممبران جريان I كه از مدار عبور ميكند كه تغيير مييابد. يعني توانستهايم تغييرات فشار صوت را تبديل به جريان الكتريسته نمايم. كه اين جريان متغيير ميتوان به صورت فشار الكتريكي از دو سر مقاومت باز دريافت كرد. اين سادهترين و ارزانترين ميكروفون است كه از سال 1948 تا كنون از آن استفاده ميشود. اين ميكروفون داراي بازده يارانهمان زيادي است. بنابراين بدون طبقات تقويت كننده مي توان از آن استفاده نمود. ولي در شرايط حرفهاي از آن استفاده نميشود چون از نظر پهناي باند فركانسي مطلوب نميباشد يعني پهناي باند آن وسيع نيست و كيفيت مطلوب و خوبي را دارا نميباشد بنابراين از آن فقط براي انتقال سخن در تلفن و در راديو و تلويزيون فقط در ارتباطات بين افراد استفاده ميشود.ميكروفن ذغالي از لحاظ پاسخ فركانسي Frequency Response (منظور همان جوابي است كه ميكروفون در مقابل ارتعاشات از خود بروزي دهد كه در مطالعه بر روي آن بايد سه شرط مورد نظر باشد، اولاً مقدار پهناي باند بايد در محدوده پهناي بانه شنوايي قرار داشته باشد. ثانياً تلورانس تغييرات بايد حتي الامكان كم باشد. ثالثاً تعداد دفعات تغييرات نيز كم باشد) داراي دو اشكال اساسي و مهم ميباشد.
1- عرض بانه كم (پهناي بانه فركانسي) محدود است به اين ترتيب كه هم از نظر فركانسهاي بالا و پايين در عبورش محدوديت دارد. پهناي باند فركانسي اين ميكروفون بين H7300 تا H73500 نيز ميباشد.
2- همين عرض باند خطي نيست. منظور از خطي نبودن همان تغييرات سطح دامنه باند فركانسي نيز ميباشد. همانطور كه بيان شد از اين ميكروفن در صنعت تلفن استفاده ميشود چرا كه در اينجا، فقط هدف ما رساندن پيام ميباشد و كيفيت صدا براي ما مطرح نيست حتي اين ميكروفن در دستگاههاي خانگي نيز استفاده نميشود.
منوي اصلي
ميكروفونهاي ديناميكي (Moving Goil Mie)
ميكروفون ديناميكي تشكيل شده از يك ممبران از جنس سبك نظير كاغذ پلاستيك و با آلومينيوم كه يك سيم پيچ به ممبران (ديرافراگم) متصل است و اين سيم پيچ ميتواند در داخل شكاف قطبين يك آهن ربا حركت نمايد. بنابراين وقتي كه فشار صورتي روي اين ممبران وارد ميآيد ممبران و در نتيجه سيم پچ متصل به آن با همان ريهم تغييرات فشار صوتي نوسان مينمايند، از حركت سيم پيچ در داخل ميدان مغناطيسي يك جريان الكتريكي روي سيم پيچ القا ميگردد كه ريتم تغييرات اين جريان درست با ريتم تغييرات فشار وارده روي ممبران است.
اين ميكروفون، اولين خانواده ميكروفوني است كه بطور حرفهاي استفاده ميشود. در اين ميكروفون همانطور كه قبلاً گفته شد مغناطيس ثابت و سيم پيچ (Coil) متحرك است و جرياني حدود دهم ميل ولت ايجاد ميشود و در ميكروفونهاي حرفهاي حدود mv2/0 است.
علت اينكه اين ميكروفونها درمصارف حرفهاي استفاده ميشود داشتن عرض بانه خطي وسيعي است ولي قيمت آن بسيار گران ميباشد. اين ميكروفونها نسبت به ميكروفون ذغالي راندمان كمتري دارد ولي داراي كيفيت بهتري است و صنايع حرفهاي مخصوصاً صدا وسيما بنحو احسن استفاده ميگردد و از اين ميكروفون براي ظبط گفتار استفاده ميشود. ضمناً براي زياد كردن راندمان اين نوع ميكروفون با قرار دادن سوراخ در درپشت ديافراگم كه به فضاي خارج متصل باشد و با محاسبه سطح و طول سوراخ يك مقدار از انرژي صوتي را با 180 درجه اختلاف فابه پشت ديافراگم منتقل مينمايند اين فيه بك به حركت به ممبران كمك كردن و راندمان ميكروفون زياد ميشود. حساسيت ولتاژ مدار باز اين ميكروفون با پيچك متحرك (سيم پيچ) تقريباً برابر با 105*4/2 ولت بر ميكروبار و يا db4/92- دسي بل ميباشد و نسبت به ميكروفن خازني كريستالي از حساسيت كمتر برخوردار ميباشد. امپرانس خروجي ميكروفون حدود 10 اهم است كه نيست به ميكروفونهاي خازني و كريستالي خيلي ناچيز است و به وسيله ترانسفورماتور بالا برنده ولتاژ در به ميكروفون عمل تطبيق امپرانس را انجام ميدهد در ضمن ميكروفون الكترو مكانيكي بدون تقويت كننده مقدماتي استفاده ميشود و ميتوان با كابل نسبتاً طولاني سيگنال را از آن انتقال داد.
صدا- پاسخ فركانس اين نوع ميكروفون حدود 10 تا 14 كيلومتر ميباشد و در ضبط صداي گوينده و رپرتاژ و تئاتر و …. از آن استفاده ميشود.
منوي اصلي
ميكروفونهاي الكترو مغناطيسي (Moving Magnet Mie)
اين ميكروفونها از يك آهنرباي نعلي شكل تشكيل يافته كه دور قطبين آن سيم پيچ قرار دارد و ممبران آن ار جنس فولا است. وقتي كه بر اثر ارتعاشات صوتي ممبران مرتعش ميگردد صفحه فولاد به دو قطب آهن ربا دور و نزديك ميشود،بنابراين ميدان مغناطيسي در دو قطب تغيير مييابد و اين ميدان در داخل آهن ربا نيز تغيير ميكنند و روي سيم پيچها يك جريان الكتريكي القا ميگردد كه ريتم تغييرات ارتعاشات صوتي است كه روي ممبران وراد گرديده است. نوعي ديگر از اين ميكروفونها بدين صورت است كه بخشي از ممبران را كه در برابر قطبهاي آهنررباي NS دائمي است با پولكي از آهن رباي نرم ميپوشانند تا زا ارزشهاي اين پولك آهني مقاومت مغناطيسي شكاف هوائي را تغيير دهد. بنابراين ارزش ممبران باعث ايجاد جرياني در سيم پيچهاي روي آهن ربا ميگردد.
راندمان اين ميكروفون 1/10 ميكروفونهاي ذغالي است ولي بانه فركانسي وسيعتري دارد. اين ميكروفون بعلت وزن زياد آن در حال حاضر استفاده زيادي ندارد. و همچنين وزن زياد ممبران بازدهي ميكروفون را در فركانسهاي بالا كاهش ميدهد.
منوي اصلي
ميكروفونهاي پيزوالكتريك (كريستالي) (Piczoelectric Mic)
بعضي از عناصر مانند بلور كوارتز، نمك راشل و دي هيدرو فسفات آمونيم و مواد سراميكي ريخته شده از قبيل تيتانات دوباريم، داراي خاصيت پيزو الكتريك هستند. يكي از بلورها كه در مقابل حرارت پايدار و بصورت خطي كار مينمايد. بلور كوارتز ميباشد كه در الكترو آكوستيك از آن براي ساختن ميكرفون بلندگو و پيكاپهاي گرام استفاده ميشود. نوع بلوري كه بيشتر بكار ميرود بلور با برش X ناميده ميشود كه از بلور طبيعي بريده ميشود. ميكروفون كريستالي، ميكروفون ي ميباشد كه در آن از خاصيت پيزوالكتريك بعضي از كريستالها استفاده ميشود بدين معني كه تغييرات فشار وارد بر روي اين نوع كريستال جريان متناوبي متناسب با فشار وارده در دو كريستال ايجاد ميكند.
دو نوع ميكروفون كريستالي وجود دارد، يكنوع از آن فشار صوت مستقيماً بر صفحه كريستال تأثير مينمايد كه داراي بازده بسيار كم در حدود 4/0 ولت براي هر ميكروبار ميباشد و نوع دوم فشار صوت به يك ممبران فلزي وارد ميشود و حركات ممبران بوسيله ميلهاي كه در پشت آن قرار دارد به كريستال منتقل ميشود كه البته اين نوع داراي بازده بيشتري در حدود يك تا دو ميلي ولت بر ميكروبار ميباشد. از ميكروفن پيزوالكتريك تا 8 سال پيش در ضبط صوتهاي خانگي استفاده ميشد ولي همكنون ديگر استفاده نميشود زيرا عرض باند آن حدود 7 تا 8 كيلوهرتز ميباشد كه پهناي باند آن كم است. در نوع دوم ميكروفون كه ارتعاشات صوت توسط ديافراگم به كريستال منتقل ميشود و اختلاف پتاسيل دريافتي و خروجي زياد ميشود ولي پهناي باند نوار فركانس نسبت به حالت اول كمتر ميباشد. پهناي باند نوار پاسخ فركانس ميكروفون كريستالي بين 20 تا 10000 هرتز كه حدود 5 دسي بل نسبت به حساسيت متوسط تغييرات دارد. حساسيت متوسط اين ميكروفن 50 دسي بل براي يك ولت
منوي اصلي
ميكروفون نواري
اين ميكروفون از يك نوار كه در داخل يك ميدان مغناطيسي دائم، بطور آزاد مي تواند حركت كند تشكيل شده است. طرز كار آن مثل ميكروفون الكترو ديناميكي است فقط بجاي سيم پيچ از يك نوار استفاده شده است اين ميكروفون به علت سبكي ممبران ديافراگم، باند فركانس خوب و حساسيت زياد دارد و در موسيقي ميتوان از آن استفاده نمود ولي راندمان آن كم است. به علت اينكه در ميكروفونهاي نواري فشار صوت در دو طرف ممبران با فازهاي مختلف برخورد ميكند بنابراين اشكالي در پهناي باند فركانسي بوجود ميآيد.
منوي اصلي
ميكروفونهاي خازني (الكترو استاتيك) و يا (الكترو كاندستور)
ميكروفون خازني، ميكروفوني است كه از يك صفحه ثابت و يك صفحه متحرك كه بعنوان دو جوشن يك خازن عمل مي كند تشكيل شده است. اگر در مدار خازن يك ولتاژ و يك مقاومت قرار دهيم خازن شارژ ميشود حال اگر ارتعاشات صوتي به صفحه متحرك (ممبران) دارد آيه فاصله دو جوشن تغيير مينمايد بنابراين ظرفيت خازن متغيير ميشود.
ميكروفون الكترو استاتيك خيلي خوب مي تواند قابل مقايسه با يك ميكروفون الكتروداناميك خيلي خوب خوب باشد وگرنه هر الكترو استاتيكي از هر الكترودايناميكي بهتر نيست. هرگاه در عمل ضبط صدا بهترين كيفيت ممكن مورد نظر باشد، ميتوان از ميكروفونهاي الكترو استاتيكي يا الكتروكانه ستور (Gondenser) استفاده نمود. چون حركت ديافراگم آن با جرم بسياركم ميتواند در برابر كوچكترين ارتعاشات پاسخ سريع (Transient Response) بدهد و حتي اين ميكروفون مي تواند آنقدر سريع عمل كند كه صداي ضربه كوچك Impulse را مانند صداي يك جرقه و يا خزيدن مار بر روي برگها را دريافت نماييد و اين يكي از دلايل برتري ميكروفون الكترواستاتيك بر الكترو دايناميك است. ميكروفون الكترو استاتيك (خازني) باعث ميشود كه صداي ترجمه شده يا تبديل شده خيلي نزديك به صداي اصلي باشد ولي ميكروفون الكترودايناميك صدا را تيره ميسازد.
توصيه خيلي مهم درباره اين ميكروفونها آن است كه به دلايل نازك بود ممبران آن، نبايد در ضبط انفجارات و صداهاي شديد از آن استفاده نمود. چون عمل باعث كاهش حساسيت آن و يا پاره شدن ممبران آن ميگردد. به علت امپرانس زياد و راندمان كم ميكروفون خازني دامنه سيگنال خروجي ضعيف است بطوريكه مدار تقويت كننده الكترونيكي در بدنه ميكروفون و در ميكروفون هاي يقهاي در بيرون آن تعبيه ميشود. راندمان ميكروفون خازني 1/20 ميكروفون ذغالي است و از اين ميكروفون براي ضبط موسيقي در استوديوها و آزمايشكاههاي تحقيقاتي آكوستيك استفاده ميشود. اما برتريهاي ميكروفون الكترو استاتيك عبارتند از:
1- وسيع بودن پهناي باند Freguency Response .
2- خطي بودن پهناي باند.
3- پاسخ سريع در برابر ارتعاشات ضربهاي Impulse .
4- نويز آنها خيلي پايين است. (سطح نويزيك ميكروفون ناشي از الكترونهاي است كه در اثر برخورد به يكديگر در عنصر مورد نظر «ميكروفون» ايجاد ميشود.
5- كم بودن ديستورشن (Distortion).
منوي اصلي
معايب ميكروفونهاي خازني:
1- در برابر حرارت، دود سيگار، گردوغبار، رطوبت و ….. خراب ميشود.
2- در مقابل ضربه بسيار آسيب پذير هستند و حتماً بايد در جعبه ان را حل كرد و درست در موقع استفاده بايد آنرا باز كرد.
3- احتياج به منبع تغذيه دارند. مطلب مهم و بسيار قابل توجه اين كه بايد در نظر داشت آن كه اين نوع ميكروفون و ميكروفون الكترودايناميك، هميشه در حال كار هستند پس بايد هميشه آنها را در جبعههاي ضد صدا قرار دارد تا از استهلاك آن جلوگيري كرد.
منوي اصلي
ميكروفنهاي الكتري، Electret Cendenser:
اولين دسته خانواده فرعي و جوان از ميكروفونهاي الكترو استاتيك، ميكروفونهاي الكترود هستند.ميكروفونها الكترود مزيتي كه بر ميكرونهاي الكترو استاتيك دارند اين است كه خازن آنها هميشه شارژ ميباشد و احتياجي به منبع تغذيه جهت شارژ خازن ندارد و چند سالي است كه در ضبطهاي حرفهاي ساده ميتوان از آنها استفاده كرد و در كارهاي تصويري هنگام پنهان سازي ميتوان از اين ميكروفون استفاده نمود
منوي اصلي
مشخصات راستايي ميكروفونها (پولارپترن (Polar pattern))
چگونگي دريافت صدا از جهات مختلف يا بررسي چگونگي حساسيت ميكروفون از زواياي مختلف نسبت به منبع يا منابع صوتي را پولارپترن گويند. پولارپترن مشخصهاي است كه به ميكروفونهاي جهت دار نسبت داده ميشود، در ميكروفون جهتدار يا همه جهته تفاوتي در شكل ديافراگم نيست و همه آنها داراي ديافراگم دايرهاي به اندازه يك سكه هستند:
منوي اصلي
ميكروفونهاي تمام جهته:
ميكروفونهاي تمام جهته را Omni directional گويند. همانطور كه از سهم اين نوع ميكروفونها مشخص است اين ميكروفونها قادرند اصوات صوتي و يا منابع صوتي را كه در اطراف خود ميباشند به وضوح دريافت دارند و هيچ نقطه كوري در اطراف آن وجود نداشته و اصوات به طور يكنواخت از اطراف ميكروفون، ممبران آنرا به ارتعاش وا ميدارند. هر چه ابعاد ميكروفون كوچكتر باشد خطاي يك جهته شدن در فركانسهاي بالا را كمتر دارد چون ابعاد ميكروفون كمتر تشكيل سايه ميدهند. چرا كه در فركانسهاي بالا به علت كوچك بودن طول موج ابعاد ميكروفون ميتواند توليد سايه آكوستيكي بنمايد. و نكته ديگر اين كه حساسيت اين ميكروفونها به دليل مكانيزم آنها در برابر حركت دست كم است.
منوي اصلي
ميكروفونهاي يك جهته يا كار ديوئيد يا دلوار (Cardioid)
ميكروفونهاي يك جهته ميكروفون هايي هستند كه فقط ارتعاشاتي را كه از يك جهت يعني جهت مقابل به ميكروفون وارد ميشود ميتواند به طور واضح عكس العمل نشان دهد و اين عكسل العمل در مقابل زواياني ديگر به وضوح نيست و خارج بودن منبع صوتي را از زاوياي ميكروفون نشان ميدهد. و ازاين جهت به آن كارديوئيد گفته ميشود كه پترن آن شبيه قلب ميباشد. ميكروفونهاي دو جهته Bidirectionoi ميكروفونهايي هستند كه قادرند ارتعاشات صوتي را از دو جهت مخالف دريافت نمايند كه به آنها فيگوراف ايست Figure of eight يعني به صورت هشت لاتين «8» ميتوان اصوات را دريافت كنند.
منوي اصلي
ميكروفونگان (Gun Mic or Tele Mic)
از اين ميكروفون هم در كار فهيم و هم در كار ويدئو درشرايط صدابرداري سر صحنه استفاده ميشود اين ميكروفون به نام تله ميكروفون و يا ميكروفون تفنگي (گان) است و داراي لوله ايست به طول 75 سانتيمتر كه در يك سمت آن نيز مشبك است بهترين نوع اين ميكروفونهاي از نوع خازني ميباشد نوع دايناميكي وجود دارد كه در جاهاي كم نويز استفاده ميشود البته نوع خازني آن به دليل آنكه نسبت به ورزش باد و هر ارتعاش ميكانيكي حساسيت زيادي دارد بنابراين آنها را روي يك پايه الاستيك (لرزهگير) وصل ميكنند تا با دنياي خارج ارتباط نداشته باشد.
ابتداي صفحه
+ نوشته شده در  سه شنبه 21 آذر1385ساعت 20:2  توسط جلال  | 

ساخت نانوكاغذهاي سه بعدي جديد

شيمي‌دان‌هاي دانشگاه Arkansas با ساخت کاغذ‌هايي از جنس نانوسيم‌هاي اکسيد تيتانيوم نانوموادي سه بعدي ساخته‌اند، كه به عنوان فيلتر به کار مي‌روند و دمايي تا بالاي 700 درجه سانتيگراد را تحمل مي‌کنند. اين ماده همچنين مي‌تواند با دست تا شود، بريده شود و اشياي سه بعدي تشکيل دهد.

قسمت A يک تکه از نانوکاغذ که روي آن با جوهر مبتني بر آب نوشته شده، را نشان مي‌دهد. عکس دوم همان کاغذ را بعد از يک پرتودهي 15 دقيقه‌اي با تابش UV نشان مي‌دهد

در حاليکه امروزه غشاء‌هاي ساده دوبعدي از نانوسيم‌ها موجودند، دانشمندان مي‌گويند تعبير سه بعدي از نانومواد پايدار گرمايي، يک موفقيت در شيمي است. آنها افزودند ماده مذکور عرصه‌اي از فناوري‌نانو را براي کاربردهاي بيشتر باز مي‌کند.
پژوهشگران مي‌گويند: توانايي تغيير شکل نانوکاغذ به شکل‌هاي سه بعدي به اين نانوماده اين قابليت را مي‌دهد تا در ماسک‌ها، پارچه‌هاي بازدارنده آتش، کپسول رهايش دارو و احياء‌کننده بافت‌ها به‌کار روند. نانوکاغذ مي‌تواند براي فيلترکردن باکتري به‌ کار رود و از پخش عوامل بيماري‌زا جلوگيري مي‌کند. اين کاربرد مشابه سيستم بارکد نانوسيمي براي آشکارسازي سياه زخم خواهد بود. .

 

پژوهشگران همچنين کاربرد اين ماده را به عنوان يک فوتوکاتاليست غيرسمي ارزان قيمت، به اثبات رساندند. آنها توانايي پاک کردن نوشتن، کاغذ را با کاغذ چاپي. مقايسه كردند. تابش‌ 15 دقيقه‌اي UV، جوهر مبتني بر آب را پاك مي‌كند. نانوکاغذ، در حاليکه به طور بديهي داراي ويژگي‌هاي شيميايي پيچيده‌تري است، در واقع از حالت خميري، مانند کاغذ مبتني بر چوب ساخته مي‌شود. اين محققان روشي براي ساخت نانوکاغذي با تردي کمتر و انعطاف‌پذيري بالاتر، با تغيير نسبت آب به نانوسيم‌هاي موجود در خمير و زمان خشک کردن خمير نانوسيمي بدست آوردند. اين خمير از نانوسيم‌هاي طويل اکسيد تيتانيوم با روش گرمادهي حرارتي ساخته شده است. اين محققان اميدوارند به توليد انبوه اين ماده دست يابند.

+ نوشته شده توسط علی رضا در دوشنبه بيستم شهريور 1385 و ساعت 7:24 بعد از ظهر |

شيمي‌دان‌هاي دانشگاه Arkansas با ساخت کاغذ‌هايي از جنس نانوسيم‌هاي اکسيد تيتانيوم نانوموادي سه بعدي ساخته‌اند، كه به عنوان فيلتر به کار مي‌روند و دمايي تا بالاي 700 درجه سانتيگراد را تحمل مي‌کنند. اين ماده همچنين مي‌تواند با دست تا شود، بريده شود و اشياي سه بعدي تشکيل دهد.

قسمت A يک تکه از نانوکاغذ که روي آن با جوهر مبتني بر آب نوشته شده، را نشان مي‌دهد. عکس دوم همان کاغذ را بعد از يک پرتودهي 15 دقيقه‌اي با تابش UV نشان مي‌دهد

در حاليکه امروزه غشاء‌هاي ساده دوبعدي از نانوسيم‌ها موجودند، دانشمندان مي‌گويند تعبير سه بعدي از نانومواد پايدار گرمايي، يک موفقيت در شيمي است. آنها افزودند ماده مذکور عرصه‌اي از فناوري‌نانو را براي کاربردهاي بيشتر باز مي‌کند.
پژوهشگران مي‌گويند: توانايي تغيير شکل نانوکاغذ به شکل‌هاي سه بعدي به اين نانوماده اين قابليت را مي‌دهد تا در ماسک‌ها، پارچه‌هاي بازدارنده آتش، کپسول رهايش دارو و احياء‌کننده بافت‌ها به‌کار روند. نانوکاغذ مي‌تواند براي فيلترکردن باکتري به‌ کار رود و از پخش عوامل بيماري‌زا جلوگيري مي‌کند. اين کاربرد مشابه سيستم بارکد نانوسيمي براي آشکارسازي سياه زخم خواهد بود. .

 

پژوهشگران همچنين کاربرد اين ماده را به عنوان يک فوتوکاتاليست غيرسمي ارزان قيمت، به اثبات رساندند. آنها توانايي پاک کردن نوشتن، کاغذ را با کاغذ چاپي. مقايسه كردند. تابش‌ 15 دقيقه‌اي UV، جوهر مبتني بر آب را پاك مي‌كند. نانوکاغذ، در حاليکه به طور بديهي داراي ويژگي‌هاي شيميايي پيچيده‌تري است، در واقع از حالت خميري، مانند کاغذ مبتني بر چوب ساخته مي‌شود. اين محققان روشي براي ساخت نانوکاغذي با تردي کمتر و انعطاف‌پذيري بالاتر، با تغيير نسبت آب به نانوسيم‌هاي موجود در خمير و زمان خشک کردن خمير نانوسيمي بدست آوردند. اين خمير از نانوسيم‌هاي طويل اکسيد تيتانيوم با روش گرمادهي حرارتي ساخته شده است. اين محققان اميدوارند به توليد انبوه اين ماده دست يابند.

+ نوشته شده توسط علی رضا در دوشنبه بيستم شهريور 1385 و ساعت 7:23 بعد از ظهر |
گاهی مواقع پیش می آید که در هنگام یک تصادف ماشین آتش می گیرد و تعدادی کشته می شوند و من در فکر این بودم اگر هر مشکل فنی را در نظر نگیریم در تصادفات سنگین اگر بتوان با قرار دادن ماده ای به عنوان خنثی کننده ی بنزین در جایگاه باک بنزین از انفجار آن جلوگیری کرد همان طور که برای جلوگیری از صدمه رسیدن به سرنشین ماشین از کیسه ی هوا استفاده می کنند پس چه می شود در حوادث از آتش گرفتن خودرو جلوگیری کرد.

این تنها یک ایده است برای آنهایی که می اندیشند و اهل ساخت اند.

+ نوشته شده توسط علی رضا در جمعه هفدهم شهريور 1385 و ساعت 10:39 بعد از ظهر |
نانوكامپوزيت به گستره‌اي از مواد گفته مي‌شود كه از دو فاز تشكيل شده، كه يكي از فازهاي تشكيل دهنده آنها نانومواد باشد. به دليل حضور نانومواد، نانوكامپوزيت‌ها خواص جالبي از خود نشان مي‌دهند در سال‌هاي اخير، نانوكامپوزيت‌ها كاربردي وسيع در صنعت پيدا كرده‌اند، با اين وجود هنوز مشكلاتي از قبيل مقاومت حرارتي پايين، كاربرد اين مواد را محدود كرده است. براي حل اين مشكل محققان نانوكامپوزيت‌هاي معدني/پليمري را ابدع كرده‌اند.
نانوكامپوزيت‌هاي معدني/ پليمري به ويژه آن دسته كه داراي سيليكات در ساختار معدني خود مي‌باشند، به دليل داشتن خواص جالب توجه مي‌توانند در صنايع جايگاه ويژه‌اي داشته باشند.
در اين نانوكامپوزيت‌ها، نانومواد معدني به عنوان لايه تقويت‌كننده درون ماتريكس پليمري نانوكامپوزيت قرار مي‌گيرد، كه اين كار به دو صورت انجام مي‌شود:
الف- زنجيره‌هاي پليمري بين لايه‌هاي سيليكات قرار مي‌گيرند.
ب- لايه‌هاي سيليكات ميان ماتريكس پليمر جاسازي مي‌شوند.
تصحيح سطح نانوكامپوزيت اغلب با به كار بردن سورفاكتانت‌هاي آلي انجام مي‌شوند. امكان تبادل كاتيون‌هاي آلي در سطح اين سورفاكتانت‌ها محل‌‌هاي مناسبي جهت برهمكنش‌ عوامل آلي و معدني ايجاد كرده است.
لايه پليمري به كار رفته در اين نانوكامپوزيت‌هاي‌ جديد نايلن مي‌باشد. جهت افزايش مقاومت حرارتي اين نانوكامپوزيت، از آلومينيوسيليكات (ORMLAS) در ساختار آن استفاده كردند، اين ماده جديد باعث پيوند لايه سيليكا و سورفاكتانت و لايه پليمر مي‌گردد، و يك تركيب شيميايي واحد بوجود مي‌آيد. هنگام افزاش دما، گروه‌هاي سورفاكتانت آلي به مولكول‌هاي سيليكا پيوند خورده و پيوند پايدار Si-C تشكيل مي‌شود و در نهايت مقاومت حرارتي آن 250 درجه سانتي‌گراد افزايش مي‌يابد. اين نانوكامپوزيت جديد قابل آميخته شدن با رزين‌هايي مانند پلي‌آميد، پلي‌اترآميد؛ پلي‌ايميد و پلي‌آريلين اتر است.
لازم به ذكر است ORMLAS را مي‌توان به روش سل ژل تهيه كرد.
كاربرد:
اين نانوكامپوزيت‌‌ها داراي خواص مقاومت حرارتي بالا بوده و امكان استفاده از آنها در صنايع الكترونيك،‌ هوافضا، خودروسازي دسته‌بندي مواد غذايي و ... وجود دارد. با توجه به اين كه در نانوكامپوزيت‌ها از سورفكتانت‌هايي مانند آلكيل آمونيوم استفاده مي‌شود كه به دليل سمي بودن آن نمي‌توان نانوكامپوزيت را در صنايع دسته‌بندي مواد غذايي استفاده كرد. ولي با ابداع اين نانوكامپوزيت معدني/ پليمري نيازي به استفاده از آلكيل آمونيوم نيست و مي‌توان از سورفاكتانت فسفونيوم در اين مواد جديد و قابل بازيافت، در صنعت مواد غذايي استفاده كرد
+ نوشته شده توسط علی رضا در يکشنبه دوازدهم شهريور 1385 و ساعت 7:34 بعد از ظهر |
محققان ژاپني موفق به ساخت نوع جديدي از الياف سيليکوني شده اند که برخلاف تمام نانوساختارهاي يک بعدي قبلي، داراي مقطع مثلثي مي‌باشند که در مواد بي‌شکل مشاهده نمي‌شود.
اين الياف سيليکوني منشوري، شکل جديدي از مواد سيليکوني با قابليت هاي بسيار زياد ايحاد مي کند. اين مواد کاربردهاي جالب توجهي در الکترونيک نوري و نيز بهبود کاتاليزورها و حسگرهاي شيميايي SnO2 خواهند داشت.
در مقاله اي که اخيرا محققان ICYS و NIMS به چاپ رسانده اند، از توليد انبوه اين الياف سيليکوني با مقطع مثلثي خبر داده اند.
بدليل رشد مطلوب صفحات خاص با انرژي سطحي کم، جامدات وجه‌دار در مواد معدني بلوري زياد مشاهده مي شود. اما از سوي ديگر چنين شکل‌هاي در مواد معدني بي شکل بسيار نادر بوده و ساخت آنها هنوز بعنوان يک چالش مطرح است.
دکتر Hu سرپرست اين تيم تحقيقاتي، چنين توضيح مي دهد که: " ما الياف سيليسيومي بي شکل را با روش VLS با کاتاليزور قلع و با بازدهي بالا و به کمک تجزيه حرارتي مشترک پودرهاي SiO و SnO ساختيم. نانوذرات SnO2 روي سطح اين الياف سيليکوني قرار گرفته و ساختارهاي ترکيبي ذره/ الياف SiO2/SnO2 را تشکيل مي دهند. "
+ نوشته شده توسط علی رضا در يکشنبه دوازدهم شهريور 1385 و ساعت 7:31 بعد از ظهر |
نانولوله‌هاي كربني پتانسيل بالايي در كاربردهاي زيستي، تشخيص پزشكي و درمان دارند، ولي اين مواد سمي مي‌باشند. يك تيم تحقيقاتي از آزمايشگاه بركلي دانشگاه كاليفرنيا، روشي براي ساخت CNTsهاي سازگار با سلول‌هاي زنده ارائه داده‌اند. اين گروه نانولوله‌هاي كربني را با يك پليمر سنتزي كه از ميوزين تقليد مي‌كند، روكش‌دهي كردند تا در تماس با سلول‌هاي زنده مشكلي ايجاد نكنند. ميوزين‌ها بر سطح سلول‌هاي زنده وجود دارند و به عنوان عامل روان كننده عمل مي‌كنند. اين پوشش‌هاي پليمري را مي‌توان طوري تنظيم كرد تا به نوع خاصي از سلول‌ها بچسبد.
Carolun Bertozzi از اين تيم تحقيقاتي معتقد است: نانولوله‌هاي كربني روكش شده با پليمر تقليدكننده ميوزين تنها به منظور سالم ماندن سلول‌ها از خطر سميت نانولوله‌هاي كربني استفاده نمي‌شود، بلكه مي‌توانند به گيرنده‌هاي كربوهيدرات بچسبند و به عنوان يك وسيله براي برهمكنش‌هاي زيست‌تقليد با سطح سلول به كار مي‌رود.
اين محققان نشان دادند كه نانولوله‌هاي كربني را مي‌توان با پليمرهاي سنتزي كه در آنها مولكول‌هاي شكر معروف به glycan وارد شده، پوشش داد. اين گليكوپليمرهاي سنتزي را مي‌توان به همان روشي كه گليكوپروتئين‌هاي طبيعي را عامل‌گذاري مي‌كنند، عامل‌گذاري كرد، گليكوپروتئين‌ها ساختار كليدي ميوزين‌ها هستند كه در برهم‌كنش‌هاي ميان سلول‌ها نقش مؤثري ايفا مي‌كنند.
Bertozil مي‌گويد: glycanها بهترين شناساگر در تشخيص مولكولي، روي سطح سلول هستند. اين گروه از مواد در فرآيندهاي وسيعي از قبيل پيوندهاي پاتوژني، عبور و مرور مواد سلول‌ها، اندوسيتوز و مودولاسيون پيام سلولي شركت دارند. اين بدين معني است كه نانولوله‌هاي كربني عامل‌دار در برهم‌كنش‌هاي گيرنده‌هاي glycan شركت مي‌كنند و به ماده‌اي ايده‌آل براي كاربردهاي زيستي سلولي با كمترين آلودگي، مي‌باشند.
اين محققان، اين پوشش را طوري تغيير دادند كه نانولوله‌هاي كربني به سطح انواع خاصي از سلول‌ها به وسيله گيرنده‌هاي ليگاندي، متصل شوند. براي اين كار يكي از اين تقليدكننده‌هاي ميوزين را با يك پروتئين سلولي چسبناك HPA كه در حلزون يافت مي‌شود، تركيب كردند.
اين پروتئين نه تنها به سلول‌هاي خاص مي‌چسبد، بلكه قادر است بين سلول و گليكوپروتئين پل ارتباطي ايجاد كند. اين محققان با قراردادن نانولوله‌هاي داراي پوشش‌ اصلاح شده با HPA در كنار سلول‌هايCHO ، در يك محيط، آنها را تست كردند. مطالعات ميكروسكوپ فلوئورسانت نشان داد كه نانولوله‌هاي كربني روكش شده و اصلاح شده با HPA قادرند با سلول‌هاي CHO برهمكنش داشته باشند، در حالي كه CNTS پوشش داده شده با گليكوپليمرهاي ديگر (گليكوپليمرهايي كه فاقد HPA بودند) هيچ برهمكنشي با CHOها نداشتند.
آنها با ايجاد تغييري در روش خود تصميم گرفتند كه HPA را با سطح سلول‌هاي CHO تركيب كنند در صورتي كه قبلاً آنها را با CNTs تركيب كرده بودند. نتيجه تست برچسب‌زني فلورسانس نشان داد كه اين روش جديد نتيجه‌اي شبيه به حالتي داشت كه نانولوله‌هاي كربني منحصراً با سلول‌هاي CHO برهمكنش داشتند. اين اولين گزارش منتشر شده‌اي است كه نشان مي‌دهد، مي‌توان برهم‌كنش‌هاي CNT با سلول‌ها را به طور كنترل شده هدايت كرد.
Bertozzi مي‌گويد: آنها هر دو روش را به طور موازي دنبال كردند، زيرا مي‌توانستند از اين طريق از دو راه مختلف آزمايشات را تحت كنترل خود درآورند، كه مؤيد اين واقعيت است كه مي‌توان با استفاده از برهمكنش‌ HPA كربوهيدرات، برهم‌كنش نانولوله‌هاي كربني و سلول‌ها را به طور هدايت شده و هدفمند تحت كنترل درآورند.
پوشش‌هاي گليكوپليمر ( C1s-a-MM، كه در واقع يك شكر - N- استيل گلاكتوزآمين با يك دنباله چربي C15 است) به طور چسبيده به نانولوله‌هاي كربني باقي مي‌ماند و تا چند ماه سلول‌ها را از گزند سميت نانولوله‌هاي كربني محفوظ دارد. انتخاب ليگاندها و شكرهاي مختلف براي گليكوپليمر، اين امكان را به ما مي‌دهد تا با برنامه‌دهي به CNTS، آنها به سلول هدف مشخص اتصال يابند.
Zettl يكي ديگر از اين محققان معتقد است با انتخاب ميوزين‌هاي مختلف براي تقليد مي‌توان از نانولوله‌ها در جاهاي مختلف استفاده كرد، براي مثال در اتصال آنها به سلول‌هاي سرطاني يا ورود ارگانل‌هاي خاصي به درون سلول‌ها، به نظر مي‌رسد كه اين روش گام بزرگي براي باز شدن راهي جهت استفاده از نانولوله‌هاي كربني در زيست‌شناسي، مي‌باشد.
+ نوشته شده توسط علی رضا در يکشنبه دوازدهم شهريور 1385 و ساعت 7:30 بعد از ظهر |
يکي از مزاياي استفاده از نانوذرات بعنوان ابزارهاي رسانش در کاربردهاي درماني و عوامل‌ تصويربردار، توانايي اتصال انواع زيادي از مولکول‌هاي تومور هدف به سطح اين نانوذرات مي‌باشد. معمولاً اين مولکول‌ها سطح سلول‌هاي دريافت‌کننده را هدف قرار مي‌دهند و سلول‌هاي تومور به خوبي شناسايي مي‌شوند، ولي با اين وجود در بعضي مواقع سلول‌هاي سالم هم مورد هدف قرار مي‌گيرد. هنوز استفاده از اين نوع رويکرد در رسانش داروهاي قوي مي‌تواند سلول‌هاي سالم را هم از بين ببرد.
براي غلبه بر مشکل هدف‌يابي صحيح تومور ،تيمي از محققان به سرپرستي دکتر Ballamkonda تصميم گرفت از اين واقعيت که معمولاٌ تومورها بيشتر از سطح يک سلول‌ گيرنده شناسايي مي‌شوند استفاده کنند. محققان توانستند با هدف قرار دادن همزمان دو گيرنده  بکار بردن دو مولکول هدف‌ياب در يک نانوذره- بطور کامل سلول‌هاي غيرهدف را در هنگام رسانش داروي doxorubicin از سلول‌هاي تومور جدا کنند.
اين محققان نانوذرات متصل به doxorubicin را همراه با اسيد فوليک و آنتي‌بادي مونوکلونال توليد کردند، که به گيرنده عامل رشد پوست (EGFR) متصل مي‌شود. بسياري از انواع سلول‌هاي سرطاني با فوليک اسيد و EGFR ، شناسايي مي‌شوند. براي تعيين سهم بهينه مولکول هاي هدف‌ياب، محققان رشته‌هايي از نانوذرات با تعداد ثابت از آنتي‌بادي‌ها ومقادير متفاوت فوليک‌اسيد توليد کردند. همچنين اين محققان نانوذرات هدف‌ياب يکساني فقط با فوليک اسيد و يا آنتي‌بادي EGFR توليد کردند.
هدايت اين نانوذرات به سمت سلول‌هاي تومور در محيط کشت آزمايشگاه انجام شد. طبق انتظار، نانوذرات هدف‌ياب منفرد علاوه بر از بين بردن سلول‌هاي تومور درصدي از سلول‌هاي سالم را هم مي‌کشند. در مقابل نانوذرات دوتايي در بدترين حالت،کمترين ضرر را براي سلول‌هاي سالم داشتند و بيشترين خاصيت سمي را براي سلول‌هاي تومور داشتند. محققان فرمول بهينه‌اي را که شامل سه‌آنتي‌بادي مونوکلونال و بطور متوسط 200 مولکول اسيد فوليک براي هر نانوذره است را تعيين کردند.
+ نوشته شده توسط علی رضا در پنجشنبه نهم شهريور 1385 و ساعت 7:47 بعد از ظهر |
محققان دانشگاه كاليفرنياي جنوبي، روشي جديد براي عكس‌برداري CT ارائه داده‌اند كه در آن با استفاده از اشعه x نانولوله‌هاي كربني مي‌توان با صرف انرژي كمتر و سريع‌تر به نتيجه مطلوب رسيد.
دكتر otto zhou و Lyle gones استاد رشته علم مواد و عضو گروه فيزيك و اخترشناسي اين دانشگاه اين معتقد است، اين كار گامي به سوي توسعه روبشگرهاي مورد استفاده در پزشكي و بخش ايمني منازل است كه با قيمت كمتر، كوچك‌تر و سريع‌تر عمل مي‌كند. روبشگرهاي CT رايج بسيار آهسته و با بازده كم تصويربرداري مي‌كنند. اين محققان با به كار بردن اشعه x نانولوله‌هاي كربني، امكان چند تصويربرداري همزمان ار فراهم كردند.
CT روبشگرهاي رايج يك منبع اشعه x دارند كه با چرخش منبع يا جسم قادراست تقريباً 1000 تصوير را از زواياي مختلف با سرعت بالا اسكن كنند.
در سال 2005، zhou و همكارانش روبشگري ساختند كه چند منبع اشعه x داشت و آن را روبشگر چند پيكسلي نام داشت. اين دستگاه بي‌نياز از چرخش بوده و قادرست بدون تغيير مكانيكي و فقط با تغيير اشعه x چندين تصوير را از زواياي مختلف به سرعت اسكن كند.
اين اختراع از تركيب چند منبع اشعه x حاصل شده است كه بر مبناي اصلي به نام تكثر بنا شده است. طبق اين اصل، ‌منابع مختلف اشعه x به طور همزمان از چند نقطه متفاوت از جسم مورد نظر عكس‌برداري مي‌كنند.
Zhou مي‌گويد: براي درك بهتر اين قضيه فرض كنيد نيازمند 10 تصوير هستيد كه هر تصوير يك ثانيه زمان نياز دارد. اگر بخواهيد از روش قديمي سي‌تي‌ اسكن، استفاده كنيد ابتدا تصوير اول گرفته مي‌شود و سپس تصوير دوم كه براي آن هم يك ثانيه زمان لازم است. كل اين 10 تصوير 10 ثانيه زمان لازم دارند. اما اگر از روش جديد براي اين 10 عكس‌برداري استفاده شود هر ده عكس شايد فقط 2 ثانيه به طول انجامد و شما نه تنها سريع‌تر اين 10 تصوير را گرفته‌ايد بلكه با نصف انرژي لازم براي روش متداول، اين كار صورت گرفته است.
تكثر يك اصل شناخته شده است كه براي مثال در تلفن‌هاي همراه استفاده مي‌شود. ميليون‌ها سيگنال تلفن همراه با يك پهناي فركانس در فضا حركت مي‌كنند و در مقصد پيام‌ها به طور جداگانه توسط گيرنده گرفته مي‌شوند. چيزي كه ساخت سي‌تي اسكن چند منبع را امكان‌پذير مي‌كند استفاده از چند منبع اشعه x در اين دستگاه است كه اين گروه توانسته‌ است اين كار را انجام داده و همچنين موفق به زمان‌بندي اين منابع به صورت الكترونيكي شده‌اند.
در اين تحقيق، zhou و همكارانش از يك صفحه مدار چاپي كامپيوتري با استفاده از روبشگر چند منبعي، تصوير گرفتند و آن را با تصوير به دست آمده از روبشگرهاي متداول اشعهx مقايسه كردند. تصوير گرفته شد تفاوت‌هاي جزئي در وضوح يا همان شفافيت را داشت، ولي سرعت انجام كار با استفاده از روبشگر چند منبعي جديد بيشتر از روبشگرهاي رايج بود.
براي اين پروژه اين گروه يك دستگاه روبشگر را به صورت نمونه اوليه و آزمايشي ساختند كه قادر بود تصاويري از چند زاويه محدود بگيريد اين گروه در قدم بعدي درصد ساخت سي‌تي‌اسكن كوچك جهت تصويربرداري از حيوانات كوچك هستند.
+ نوشته شده توسط علی رضا در چهارشنبه هشتم شهريور 1385 و ساعت 7:22 بعد از ظهر |
دانشمندان توانستند با کمک يک روش الگودهي مستقيم و قابل سازگارCOMS به آرايه‌هاي از لرزانک‌هايي که با نور فعال مي‌شوند روي فيلمي از نانولوله‌هاي کربني سبک دست يابند.
يکي از محققان دانشگاه Delaware مي‌گويد: سيستم‌هاي ميکرومکانيکي نوري (MOMS) که با اين روش ساخته شده‌اند، مي‌توانند در کاهش هزينه اکتشافات فضايي مؤثر باشند. اعضاي اين گروه تحقيقاتي با به کار بردن ترکيبي از ليتوگرافي، رسوب‌دهي و حکاکي آرايه‌اي از لرزانک‌هاي فعال نوري سبک از صفحه نازکي از نانولوله‌هاي کربني درست کردند.
امروزه تلسکوپ‌هاي فضايي با استفاده از مکانيسم‌هاي تحريک‌‌سازي پنوماتيک يا پيزو براي تعيين موقعيت آينه‌ها کار مي‌کنند که براي فرستادن به فضا سنگين و گران قيمت هستند. در مقابل محرک‌هاي فعال نوري سبک مي‌توانند با استفاده از ليزر نيمه‌هادي‌هاي متراکم، نيرو داده شوند.
متأسفانه فرآيند ناپيوسته تبديل فيلم نانولوله‌هاي کربني حساس نوري اين محرک‌ها به يک ابزار کامل مانع اصلي موجود در برابر توليد کنندگان و سازندگان MOMS بوده و آنها را با چالش بزرگي رو به رو کرده است.
الگودهي مستقيم تنها زماني امکان‌پذير است که هيچ فشاري در فيلم نانو لوله کربني موجود نباشد. در اين کار، ابتدا نانولوله‌هاي کربني در يک محلول مناسب، معلق و از هم جدا مي‌شوند. سپس با استفاده از فيلتراسيون خلاء فيلم يکنواختي ايجاد مي‌شود. اين ورقه‌هاي نانولوله‌اي با ضخامت 130 نانومتر به وسيله آنيل کردن در دماي 75ْC به ويفرهاي اکسيدي يا سيليکوني متصل شده سپس مستقيماً با فوتوليتوگرافي الگودهي مي‌شوند.
همچنين دانشمندان دريافتند که مي‌توانند طرح‌هايي با تفکيک بالا روي ويفرهايي با پوشش نانولوله‌هاي کربني انتقال داده و لرزانک‌هايي به مساحت 300 در 30 و ضخامت 7 ميکرون ايجاد کنند. با تمرکز 170 ميلي‌وات از نشر ليزر (808 نانومتر) بر پايه اين لرزانک، مي‌توان نوک را تا 23 ميکروکتر جابجا کرد.
مطابق نظر اين محققان، نمايشگرهاي نشر ميداني و تجهيزات زيست پزشکي هم از نتيجه اين تحقيقات بهره‌مند مي‌شوند. آنها عقيده دارند که ميتوان ابزاري ساخت که با تصحيح ساختار و خواص فيزيکي نانولوله‌هاي کربني طول موج‌هاي مخصوصي را گزينش کنند. اين گروه اختراع خود را به طور موقت ثبت کرده‌اند و اکنون در حال مطالعه براي توسعه مکانيسم‌هاي ميکرو نانو روبوتيک بر اساس آرايه‌هاي محرک مذکور هستند.
+ نوشته شده توسط علی رضا در سه شنبه هفتم شهريور 1385 و ساعت 7:29 بعد از ظهر |

محققان دانشگاه کمبريج موفق شدند نانولوله‌هاي کربني را در دمايي کمتر از دمايي که براي فناوري يكپارچه سازي كامل نيمه هادي‌هاي اکسيد فلزي مكمل (CMOS) فعلي لازم است (350ْC) رشد دهند.

نانولوله‌هاي کربني خواص مکانيکي و الکتريکي ويژه‌اي دارند که آنها را براي توليد اجزاي الکترونيکي جذاب کرده است. تاکنون رشد نانولوله‌هاي کربني در دماهاي بالا انجام مي‌شد و دانشمندان عقيده داشتند که رشد اين مواد در دماي زير 500ْC امکان‌پذير نيست. دي‌الكتريك‌هاي بين فلزي در دماي بالاتر از 450-400 درجه سانتي‌گراد صدمه مي‌بينند.
ولي اين محققان روشي را براي رشد نانولوله‌هاي کربني تک جداره به وسيله رسوب شيميايي بخار C2H2 به کمک کاتاليزور گزارش کردند که در آن استفاده از آمونياک يا هيدروژن جهت سهولت ايجاد نانوساختارها و فعال‌سازي فيلم‌هاي کاتاليستي چند لايه Al/Fe/Al و تک لايه Fe قبل از رشد نانولوله‌ها، سبب مي‌شود که عمل هسته‌زايي نانولوله‌ها در دماهاي پايين نيز انجام بگيرد. اعضاي اين گروه عقيده دارند که رشد نانولوله‌هاي کربني، بدون نياز به ذوب شدن کاتاليزور، به وسيله سطح کاتاليزور کنترل مي‌شود و اين امر رشد نانولوله‌هاي کربني را در دماي کم ممکن مي‌سازد.
يافته‌هاي اين کار پژوهشي حاصل همکاري گروهي از پژوهشگران ساختمان مهندسي دانشگاه کمبريج با محققان آزمايشگاه Hitachi ساختمان علوم مواد اين دانشگاه مي‌باشد.

+ نوشته شده توسط علی رضا در سه شنبه هفتم شهريور 1385 و ساعت 7:27 بعد از ظهر |
+ نوشته شده در  سه شنبه 21 آذر1385ساعت 19:36  توسط جلال  | 

سونوگرافی (Ultrasound)

سونوگرافی (Ultrasound)

ریشه لغوی
کلمه سونوگرافی از لفظ لاتین sound به معنی صوت و نیز graphic به معنی شکل و ترسیم گرفته شده و ultrasound از ultra به معنی ماورا و نیز sound به معنی صوت یا صدا گرفته شده است.

دیدکلی
سونوگرافی چیست؟
چه کارهایی می‌تواند انجام دهد؟
آیا با انجام سونوگرافی خطری انسان را تهدید می‌کند؟
چرا باید برای انجام سونوگرافی مایعات نوشید؟
چرا در سونوگرافی تصویر استخوانهای بدن دیده نمی‌شود؟
تاریخچه
در سال 1876 میلادی ، فرانسیس گالتون برای اولین بار پی بوجود امواج فراصوت برد. در زمان جنگ جهانی اول کشور انگلستان برای کمک به جلوگیری از غرق شدن غم ‌انگیز کشتی‌هایش توسط زیردریاییهای کشور آلمان در اقیانوس آتلانتیک شمالی دستگاه کشف کننده زیردریایی‌ها به کمک امواج صوتی به نام Sonar ابداع کرد. این دستگاه امواج فراصوت تولید می‌کرد که در پید اکردن مسیر کشتیها استفاده می‌شد. این تکنیک در زمان جنگ جهانی دوم تکمیل گردید و بعدها بطور گسترده‌ای در صنعت این کشور برای آشکار سازی شکافها در فلزات و سایر موارد مورد استفاده قرار می‌گرفت. از کاربرد بخصوصی که انعکاس صوت در جنگ و صنعت داشت Sonar به علم پزشکی وارد شد و تبدیل به یک وسیله تشخیصی بزرگ در علم پزشکی گردید.

سیر تحولی در رشد
نخستین دستگاه تولید کننده امواج فراصوت در پزشکی ، در سال 1937 میلادی توسط دوسیک اختراع شد و روی مغز انسان امتحان شد. اگر چه اولتراسوند در ابتدا فقط برای مشخص کردن خط وسط مغز بود، اکنون بصورت یک روش تشخیصی و درمانی مهم در آمده و پیشرفت روز به روز انواع نسلهای دستگاههای تولید اولتراسوند ، تحولات عظیمی در تشخیص و درمان در علم پزشکی بوجود آورده است.

تعریف امواج اولتراسوند (فراصوت)
امواج فراصوت به شکلی از انرژی از امواج مکانیکی گفته می‌شود که فرکانس آنها بالاتر از حد شنوایی انسان باشد. گوش انسان قادر است امواج بین 20 هرتز تا 20000 هرتز را بشنود. هر موج (شنوایی یا فراصوت) یک آشفتگی مکانیکی در یک محیط گاز ، مایع و یا جامد است که به بیرون از چشمه صوتی و با سرعتی یکنواخت و معین حرکت می‌کند. در حرکت یا گسیل موج مکانیکی ، ماده منتقل نمی‌شود. اگر ارتعاش ذرات در جهت عمود بر انتشار صوت باشد، موج عرضی است که بیشتر در جامدات رخ می‌دهد و در صورتی که ارتعاش در راستای انتشار امواج باشد، موج طولی است. انتشار در بافتهای بدن به صورت امواج طولی است. از این رو در پزشکی با اینگونه امواج سر و کار داریم.

روشهای تولید امواج فراصوت
روش پیزو الکتریسیته
تاثیر متقابل فشار مکانیکی و نیروی الکتریکی را در یک محیط اثر پیزو الکتریسیته می‌گویند. بطور مثال بلورهایی وجود دارند که در اثر فشار مکانیکی ، نیروی الکتریکی تولید می‌کنند و برعکس ایجاد اختلاف پتانسیل در دو سوی همین بلور و در همین راستا باعث فشردگی و انبساط آنها می‌شود که ادامه دادن به این فشردگی و انبساط باعث نوسان و تولید امواج می‌شود. مواد (بلورهای) دارای این ویژگی را مواد پیزو الکتریک می‌گویند. اثر پیزو الکتریسیته فقط در بلورهایی که دارای تقارن مرکزی نیستند، وجود دارد. بلور کوارتز از این دسته مواد است و اولین ماده‌ای بود که برای ایجاد امواج فراصوت از آن استفاده می‌شد که اکنون هم استفاده می‌شود.

اگر چه مواد متبلور طبیعی که دارای خاصیت پیزو الکتریسیته باشند، فراوان هستند. ولی در کاربرد امواج فراصوت در پزشکی از کریستالهایی استفاده می‌شود که سرامیکی بوده و بطور مصنوعی تهیه می‌شوند. از نمونه این نوع کریستالها ، مخلوطی از زیرکونیت و تیتانیت سرب (Lead zirconat & Lead titanat) است که به شدت دارای خاصیت پیزوالکتریسیته می‌باشند. به این مواد که واسطه‌ای برای تبدیل انرژی الکتریکی به انرژی مکانیکی و بالعکس هستند، مبدل یا تراسدیوسر (transuscer) می‌گویند. یک ترانسدیوسر اولتراسونیک بکار می‌رود که علامت الکتریکی را به انرژی فراصوت تبدیل کند که به داخل بافت بدن نفوذ و انرژی فراصوت انعکاس یافته را به علامت الکتریکی تبدیل کند.

روش مگنتو استریکسیون
این خاصیت در مواد فرومغناطیس (مواد دارای دو قطبی‌های مغناطیسی کوچک بطور خود به خود با دو قطبی‌های مجاور خود همخط شوند) تحت تاثیر میدان مغناطیسی بوجود می‌آید. مواد مزبور در این میدانها تغییر طول می‌دهند و بسته به فرکانس (شمارش زنشهای کامل موج در یک ثانیه) جریان متناوب به نوسان در می‌آیند و می‌توانند امواج فراصوت تولید کنند. این مواد در پزشکی کاربرد ندارند و شدت امواج تولید شده به این روش کم است و بیشتر کاربرد آزمایشگاهی دارد.

کاربرد امواج فراصوت
کاربرد تشخیصی (سونوگرافی)
بیماریهای زنان و زایمان (Gynocology) مانند بررسی قلب جنین ، اندازه ‌گیری قطر سر (سن جنین) ، بررسی جایگاه اتصال جفت و محل ناف ، تومورهای پستان.
بیماریهای مغز و اعصاب (Neurology) مانند بررسی تومور مغزی ، خونریزی مغزی به صورت اکوگرام مغزی یا اکوانسفالوگرافی.
بیماریهای چشم (ophthalmalogy) مانند تشخیص اجسام خارجی در درون چشم ، تومور عصبی ، خونریزی شبکیه ، اندازه ‌گیری قطر چشم ، فاصله عدسی از شبکیه.
بیماریهای کبدی (Hepatic) مانند بررسی کیست و آبسه‌ کبدی.
بیماری‌های قلبی (cardology) مانند بررسی اکوکار دیوگرافی.
دندانپزشکی مانند اندازه‌گیری ضخامت بافت نرم در حفره‌های دهانی.
این امواج به علت اینکه مانند تشعشعات یونیزان عمل نمی‌کنند. بنابراین برای زنان و کودکان بی‌خطر می‌باشند.

کاربرد درمانی (سونوتراپی)
کاربرد گرمایی
با جذب امواج فراصوت بوسیله بدن بخشی از انرژی آن به گرما تبدیل می‌شود. گرمای موضعی حاصل از جذب امواج فراصوت بهبودی را تسریع می‌کند. قابلیت کشسانی کلاژن (پروتئینی ارتجاعی) را افزایش می‌دهد. کشش در scars (اسکار=جوشگاههای زخم) افزایش می‌دهد و باعث بهبود آنها می‌شود. اگر اسکار به بافتهای زیرین خود چسبیده باشد، باعث آزاد شدن آنها می‌شود. گرمای حاصل از امواج فراصوت با گرمای حاصل از گرمایش متفاوت است.

میکروماساژ مکانیکی
به هنگام فشردگی و انبساط محیط ، امواج طولی فراصوتی روی بافت اثر می‌گذارند و باعث جابجایی آب میان بافتی و در نتیجه باعث کاهش ورم (تجمع آب میان بافتی در اثر ضربه به یک محل) می‌شوند.

درمان آسیب تازه و ورم :آسیب تازه معمولا با ورم همراه است. فراصوت در بسیاری از موارد برای از بین بردن مواد دفعی در اثر ضربه و کاهش خطر چسبندگی بافتها بهم بکار می‌رود.
درمان ورم کهنه یا مزمن :فراصوت چسبندگیهایی که میان ساختمانهای مجاور ممکن است ایجاد شود را می‌شکند.
خطرات اولتراسوند
سوختگی
اگر امواج پیوسته و در یک مکان بدون چرخش بکار روند، در بافت باعث سوختگی می‌شود و باید امواج حرکت داده شوند.

پارگی کروموزومی
استفاده دراز مدت از امواج اولتراسوند با شدت خیلی بالا پارگی در رشته دی ان ای (DNA) را نشان می‌دهد.

ایجاد حفره یا کاویتاسیون
یکی از عوامل کاهش انرژی امواج اولتراسوند هنگام گذشتن از بافتهای بدن ایجاد حفره یا کاویتاسیون می‌باشد. همه محلولها شامل مقدار قابل ملاحظه‌ای حبابهای گاز غیر قابل دیدن هستند و دامنه بزرگ نوسانهای امواج اولتراسوند در داخل محلولها می‌تواند بر روی بافتها تغییرات بیولوژیکی ایجاد کند (پارگی در دیواره سلولها و از هم گسستن مولکولهای بزرگ).
سونوگرافی (Ultrasound)

ریشه لغوی
کلمه سونوگرافی از لفظ لاتین sound به معنی صوت و نیز graphic به معنی شکل و ترسیم گرفته شده و ultrasound از ultra به معنی ماورا و نیز sound به معنی صوت یا صدا گرفته شده است.

دیدکلی
سونوگرافی چیست؟
چه کارهایی می‌تواند انجام دهد؟
آیا با انجام سونوگرافی خطری انسان را تهدید می‌کند؟
چرا باید برای انجام سونوگرافی مایعات نوشید؟
چرا در سونوگرافی تصویر استخوانهای بدن دیده نمی‌شود؟
تاریخچه
در سال 1876 میلادی ، فرانسیس گالتون برای اولین بار پی بوجود امواج فراصوت برد. در زمان جنگ جهانی اول کشور انگلستان برای کمک به جلوگیری از غرق شدن غم ‌انگیز کشتی‌هایش توسط زیردریاییهای کشور آلمان در اقیانوس آتلانتیک شمالی دستگاه کشف کننده زیردریایی‌ها به کمک امواج صوتی به نام Sonar ابداع کرد. این دستگاه امواج فراصوت تولید می‌کرد که در پید اکردن مسیر کشتیها استفاده می‌شد. این تکنیک در زمان جنگ جهانی دوم تکمیل گردید و بعدها بطور گسترده‌ای در صنعت این کشور برای آشکار سازی شکافها در فلزات و سایر موارد مورد استفاده قرار می‌گرفت. از کاربرد بخصوصی که انعکاس صوت در جنگ و صنعت داشت Sonar به علم پزشکی وارد شد و تبدیل به یک وسیله تشخیصی بزرگ در علم پزشکی گردید.

سیر تحولی در رشد
نخستین دستگاه تولید کننده امواج فراصوت در پزشکی ، در سال 1937 میلادی توسط دوسیک اختراع شد و روی مغز انسان امتحان شد. اگر چه اولتراسوند در ابتدا فقط برای مشخص کردن خط وسط مغز بود، اکنون بصورت یک روش تشخیصی و درمانی مهم در آمده و پیشرفت روز به روز انواع نسلهای دستگاههای تولید اولتراسوند ، تحولات عظیمی در تشخیص و درمان در علم پزشکی بوجود آورده است.

تعریف امواج اولتراسوند (فراصوت)
امواج فراصوت به شکلی از انرژی از امواج مکانیکی گفته می‌شود که فرکانس آنها بالاتر از حد شنوایی انسان باشد. گوش انسان قادر است امواج بین 20 هرتز تا 20000 هرتز را بشنود. هر موج (شنوایی یا فراصوت) یک آشفتگی مکانیکی در یک محیط گاز ، مایع و یا جامد است که به بیرون از چشمه صوتی و با سرعتی یکنواخت و معین حرکت می‌کند. در حرکت یا گسیل موج مکانیکی ، ماده منتقل نمی‌شود. اگر ارتعاش ذرات در جهت عمود بر انتشار صوت باشد، موج عرضی است که بیشتر در جامدات رخ می‌دهد و در صورتی که ارتعاش در راستای انتشار امواج باشد، موج طولی است. انتشار در بافتهای بدن به صورت امواج طولی است. از این رو در پزشکی با اینگونه امواج سر و کار داریم.

روشهای تولید امواج فراصوت
روش پیزو الکتریسیته
تاثیر متقابل فشار مکانیکی و نیروی الکتریکی را در یک محیط اثر پیزو الکتریسیته می‌گویند. بطور مثال بلورهایی وجود دارند که در اثر فشار مکانیکی ، نیروی الکتریکی تولید می‌کنند و برعکس ایجاد اختلاف پتانسیل در دو سوی همین بلور و در همین راستا باعث فشردگی و انبساط آنها می‌شود که ادامه دادن به این فشردگی و انبساط باعث نوسان و تولید امواج می‌شود. مواد (بلورهای) دارای این ویژگی را مواد پیزو الکتریک می‌گویند. اثر پیزو الکتریسیته فقط در بلورهایی که دارای تقارن مرکزی نیستند، وجود دارد. بلور کوارتز از این دسته مواد است و اولین ماده‌ای بود که برای ایجاد امواج فراصوت از آن استفاده می‌شد که اکنون هم استفاده می‌شود.

اگر چه مواد متبلور طبیعی که دارای خاصیت پیزو الکتریسیته باشند، فراوان هستند. ولی در کاربرد امواج فراصوت در پزشکی از کریستالهایی استفاده می‌شود که سرامیکی بوده و بطور مصنوعی تهیه می‌شوند. از نمونه این نوع کریستالها ، مخلوطی از زیرکونیت و تیتانیت سرب (Lead zirconat & Lead titanat) است که به شدت دارای خاصیت پیزوالکتریسیته می‌باشند. به این مواد که واسطه‌ای برای تبدیل انرژی الکتریکی به انرژی مکانیکی و بالعکس هستند، مبدل یا تراسدیوسر (transuscer) می‌گویند. یک ترانسدیوسر اولتراسونیک بکار می‌رود که علامت الکتریکی را به انرژی فراصوت تبدیل کند که به داخل بافت بدن نفوذ و انرژی فراصوت انعکاس یافته را به علامت الکتریکی تبدیل کند.

روش مگنتو استریکسیون
این خاصیت در مواد فرومغناطیس (مواد دارای دو قطبی‌های مغناطیسی کوچک بطور خود به خود با دو قطبی‌های مجاور خود همخط شوند) تحت تاثیر میدان مغناطیسی بوجود می‌آید. مواد مزبور در این میدانها تغییر طول می‌دهند و بسته به فرکانس (شمارش زنشهای کامل موج در یک ثانیه) جریان متناوب به نوسان در می‌آیند و می‌توانند امواج فراصوت تولید کنند. این مواد در پزشکی کاربرد ندارند و شدت امواج تولید شده به این روش کم است و بیشتر کاربرد آزمایشگاهی دارد.

کاربرد امواج فراصوت
کاربرد تشخیصی (سونوگرافی)
بیماریهای زنان و زایمان (Gynocology) مانند بررسی قلب جنین ، اندازه ‌گیری قطر سر (سن جنین) ، بررسی جایگاه اتصال جفت و محل ناف ، تومورهای پستان.
بیماریهای مغز و اعصاب (Neurology) مانند بررسی تومور مغزی ، خونریزی مغزی به صورت اکوگرام مغزی یا اکوانسفالوگرافی.
بیماریهای چشم (ophthalmalogy) مانند تشخیص اجسام خارجی در درون چشم ، تومور عصبی ، خونریزی شبکیه ، اندازه ‌گیری قطر چشم ، فاصله عدسی از شبکیه.
بیماریهای کبدی (Hepatic) مانند بررسی کیست و آبسه‌ کبدی.
بیماری‌های قلبی (cardology) مانند بررسی اکوکار دیوگرافی.
دندانپزشکی مانند اندازه‌گیری ضخامت بافت نرم در حفره‌های دهانی.
این امواج به علت اینکه مانند تشعشعات یونیزان عمل نمی‌کنند. بنابراین برای زنان و کودکان بی‌خطر می‌باشند.

کاربرد درمانی (سونوتراپی)
کاربرد گرمایی
با جذب امواج فراصوت بوسیله بدن بخشی از انرژی آن به گرما تبدیل می‌شود. گرمای موضعی حاصل از جذب امواج فراصوت بهبودی را تسریع می‌کند. قابلیت کشسانی کلاژن (پروتئینی ارتجاعی) را افزایش می‌دهد. کشش در scars (اسکار=جوشگاههای زخم) افزایش می‌دهد و باعث بهبود آنها می‌شود. اگر اسکار به بافتهای زیرین خود چسبیده باشد، باعث آزاد شدن آنها می‌شود. گرمای حاصل از امواج فراصوت با گرمای حاصل از گرمایش متفاوت است.

میکروماساژ مکانیکی
به هنگام فشردگی و انبساط محیط ، امواج طولی فراصوتی روی بافت اثر می‌گذارند و باعث جابجایی آب میان بافتی و در نتیجه باعث کاهش ورم (تجمع آب میان بافتی در اثر ضربه به یک محل) می‌شوند.

درمان آسیب تازه و ورم :آسیب تازه معمولا با ورم همراه است. فراصوت در بسیاری از موارد برای از بین بردن مواد دفعی در اثر ضربه و کاهش خطر چسبندگی بافتها بهم بکار می‌رود.
درمان ورم کهنه یا مزمن :فراصوت چسبندگیهایی که میان ساختمانهای مجاور ممکن است ایجاد شود را می‌شکند.
خطرات اولتراسوند
سوختگی
اگر امواج پیوسته و در یک مکان بدون چرخش بکار روند، در بافت باعث سوختگی می‌شود و باید امواج حرکت داده شوند.

پارگی کروموزومی
استفاده دراز مدت از امواج اولتراسوند با شدت خیلی بالا پارگی در رشته دی ان ای (DNA) را نشان می‌دهد.

ایجاد حفره یا کاویتاسیون
یکی از عوامل کاهش انرژی امواج اولتراسوند هنگام گذشتن از بافتهای بدن ایجاد حفره یا کاویتاسیون می‌باشد. همه محلولها شامل مقدار قابل ملاحظه‌ای حبابهای گاز غیر قابل دیدن هستند و دامنه بزرگ نوسانهای امواج اولتراسوند در داخل محلولها می‌تواند بر روی بافتها تغییرات بیولوژیکی ایجاد کند (پارگی در دیواره سلولها و از هم گسستن مولکولهای بزرگ).

 

سونوگرافی

تازه کردن چاپ
علوم طبیعت > علوم پزشکی (طب)
(cached)


سونوگرافی (Ultrasound)

ریشه لغوی

کلمه سونوگرافی از لفظ لاتین sound به معنی صوت و نیز graphic به معنی شکل و ترسیم گرفته شده و ultrasound از ultra به معنی ماورا و نیز sound به معنی صوت یا صدا گرفته شده است.

دیدکلی

  • سونوگرافی چیست؟
  • چه کارهایی می‌تواند انجام دهد؟
  • آیا با انجام سونوگرافی خطری انسان را تهدید می‌کند؟
  • چرا باید برای انجام سونوگرافی مایعات نوشید؟
  • چرا در سونوگرافی تصویر استخوانهای بدن دیده نمی‌شود؟

تاریخچه

در سال 1876 میلادی ، فرانسیس گالتون برای اولین بار پی بوجود امواج فراصوت برد. در زمان جنگ جهانی اول کشور انگلستان برای کمک به جلوگیری از غرق شدن غم ‌انگیز کشتی‌هایش توسط زیردریاییهای کشور آلمان در اقیانوس آتلانتیک شمالی دستگاه کشف کننده زیردریایی‌ها به کمک امواج صوتی به نام Sonar ابداع کرد. این دستگاه امواج فراصوت تولید می‌کرد که در پید اکردن مسیر کشتیها استفاده می‌شد. این تکنیک در زمان جنگ جهانی دوم تکمیل گردید و بعدها بطور گسترده‌ای در صنعت این کشور برای آشکار سازی شکافها در فلزات و سایر موارد مورد استفاده قرار می‌گرفت. از کاربرد بخصوصی که انعکاس صوت در جنگ و صنعت داشت Sonar به علم پزشکی وارد شد و تبدیل به یک وسیله تشخیصی بزرگ در علم پزشکی گردید.

سیر تحولی در رشد

نخستین دستگاه تولید کننده امواج فراصوت در پزشکی ، در سال 1937 میلادی توسط دوسیک اختراع شد و روی مغز انسان امتحان شد. اگر چه اولتراسوند در ابتدا فقط برای مشخص کردن خط وسط مغز بود، اکنون بصورت یک روش تشخیصی و درمانی مهم در آمده و پیشرفت روز به روز انواع نسلهای دستگاههای تولید اولتراسوند ، تحولات عظیمی در تشخیص و درمان در علم پزشکی بوجود آورده است.

تعریف امواج اولتراسوند (فراصوت)

امواج فراصوت به شکلی از انرژی از امواج مکانیکی گفته می‌شود که فرکانس آنها بالاتر از حد شنوایی انسان باشد. گوش انسان قادر است امواج بین 20 هرتز تا 20000 هرتز را بشنود. هر موج (شنوایی یا فراصوت) یک آشفتگی مکانیکی در یک محیط گاز ، مایع و یا جامد است که به بیرون از چشمه صوتی و با سرعتی یکنواخت و معین حرکت می‌کند. در حرکت یا گسیل موج مکانیکی ، ماده منتقل نمی‌شود. اگر ارتعاش ذرات در جهت عمود بر انتشار صوت باشد، موج عرضی است که بیشتر در جامدات رخ می‌دهد و در صورتی که ارتعاش در راستای انتشار امواج باشد، موج طولی است. انتشار در بافتهای بدن به صورت امواج طولی است. از این رو در پزشکی با اینگونه امواج سر و کار داریم.

روشهای تولید امواج فراصوت

روش پیزو الکتریسیته

تاثیر متقابل فشار مکانیکی و نیروی الکتریکی را در یک محیط اثر پیزو الکتریسیته می‌گویند. بطور مثال بلورهایی وجود دارند که در اثر فشار مکانیکی ، نیروی الکتریکی تولید می‌کنند و برعکس ایجاد اختلاف پتانسیل در دو سوی همین بلور و در همین راستا باعث فشردگی و انبساط آنها می‌شود که ادامه دادن به این فشردگی و انبساط باعث نوسان و تولید امواج می‌شود. مواد (بلورهای) دارای این ویژگی را مواد پیزو الکتریک می‌گویند. اثر پیزو الکتریسیته فقط در بلورهایی که دارای تقارن مرکزی نیستند، وجود دارد. بلور کوارتز از این دسته مواد است و اولین ماده‌ای بود که برای ایجاد امواج فراصوت از آن استفاده می‌شد که اکنون هم استفاده می‌شود.

اگر چه مواد متبلور طبیعی که دارای خاصیت پیزو الکتریسیته باشند، فراوان هستند. ولی در کاربرد امواج فراصوت در پزشکی از کریستالهایی استفاده می‌شود که سرامیکی بوده و بطور مصنوعی تهیه می‌شوند. از نمونه این نوع کریستالها ، مخلوطی از زیرکونیت و تیتانیت سرب (Lead zirconat & Lead titanat) است که به شدت دارای خاصیت پیزوالکتریسیته می‌باشند. به این مواد که واسطه‌ای برای تبدیل انرژی الکتریکی به انرژی مکانیکی و بالعکس هستند، مبدل یا تراسدیوسر (transuscer) می‌گویند. یک ترانسدیوسر اولتراسونیک بکار می‌رود که علامت الکتریکی را به انرژی فراصوت تبدیل کند که به داخل بافت بدن نفوذ و انرژی فراصوت انعکاس یافته را به علامت الکتریکی تبدیل کند.

روش مگنتو استریکسیون

این خاصیت در مواد فرومغناطیس (مواد دارای دو قطبی‌های مغناطیسی کوچک بطور خود به خود با دو قطبی‌های مجاور خود همخط شوند) تحت تاثیر میدان مغناطیسی بوجود می‌آید. مواد مزبور در این میدانها تغییر طول می‌دهند و بسته به فرکانس (شمارش زنشهای کامل موج در یک ثانیه) جریان متناوب به نوسان در می‌آیند و می‌توانند امواج فراصوت تولید کنند. این مواد در پزشکی کاربرد ندارند و شدت امواج تولید شده به این روش کم است و بیشتر کاربرد آزمایشگاهی دارد.

کاربرد امواج فراصوت

کاربرد تشخیصی (سونوگرافی)

این امواج به علت اینکه مانند تشعشعات یونیزان عمل نمی‌کنند. بنابراین برای زنان و کودکان بی‌خطر می‌باشند.

کاربرد درمانی (سونوتراپی)

کاربرد گرمایی

با جذب امواج فراصوت بوسیله بدن بخشی از انرژی آن به گرما تبدیل می‌شود. گرمای موضعی حاصل از جذب امواج فراصوت بهبودی را تسریع می‌کند. قابلیت کشسانی کلاژن (پروتئینی ارتجاعی) را افزایش می‌دهد. کشش در scars (اسکار=جوشگاههای زخم) افزایش می‌دهد و باعث بهبود آنها می‌شود. اگر اسکار به بافتهای زیرین خود چسبیده باشد، باعث آزاد شدن آنها می‌شود. گرمای حاصل از امواج فراصوت با گرمای حاصل از گرمایش متفاوت است.

میکروماساژ مکانیکی

به هنگام فشردگی و انبساط محیط ، امواج طولی فراصوتی روی بافت اثر می‌گذارند و باعث جابجایی آب میان بافتی و در نتیجه باعث کاهش ورم (تجمع آب میان بافتی در اثر ضربه به یک محل) می‌شوند.
  • درمان آسیب تازه و ورم :آسیب تازه معمولا با ورم همراه است. فراصوت در بسیاری از موارد برای از بین بردن مواد دفعی در اثر ضربه و کاهش خطر چسبندگی بافتها بهم بکار می‌رود.
  • درمان ورم کهنه یا مزمن :فراصوت چسبندگیهایی که میان ساختمانهای مجاور ممکن است ایجاد شود را می‌شکند.

خطرات اولتراسوند

سوختگی

اگر امواج پیوسته و در یک مکان بدون چرخش بکار روند، در بافت باعث سوختگی می‌شود و باید امواج حرکت داده شوند.

پارگی کروموزومی

استفاده دراز مدت از امواج اولتراسوند با شدت خیلی بالا پارگی در رشته دی ان ای (DNA) را نشان می‌دهد.

ایجاد حفره یا کاویتاسیون

یکی از عوامل کاهش انرژی امواج اولتراسوند هنگام گذشتن از بافتهای بدن ایجاد حفره یا کاویتاسیون می‌باشد. همه محلولها شامل مقدار قابل ملاحظه‌ای حبابهای گاز غیر قابل دیدن هستند و دامنه بزرگ نوسانهای امواج اولتراسوند در داخل محلولها می‌تواند بر روی بافتها تغییرات بیولوژیکی ایجاد کند (پارگی در دیواره سلولها و از هم گسستن مولکولهای بزرگ).

مباحث مرتبط با عنوان

 

+ نوشته شده در  سه شنبه 21 آذر1385ساعت 19:34  توسط جلال  | 

نانوتكنولوژي

سرمايه‌گذاري تايلند در زمينه نانوتكنولوژي:

تايلند در حال حاضر دو دهم درصد درآمد توليدات خود را براي تحقيقات صرف مي‌كند اين مقدار يك دهم درصد از مقداري است كه كشورهاي آسيايي با تكنولوژي پيشرفته و كشورهاي غربي براي اين منظور هزينه مي‌كنند. مركز ملي تكنولوژي مواد و فلز (MTEC) و NSTDA بايد نقش رهبري در افزايش اين مقدار در سيري صحيح ايفاء كنند. توسعة اقتصادي تايلند به مرحله‌اي رسيده كه توليد نقش مهمي در آن دارد و با توجه به طبيعت صنايع توليدي، گسترش آنها نياز به حمايت تكنولوژي‌هاي مواد و تكنولوژي‌هاي وابسته به آن در سطوح مختلف دارد. تغيير سريع تكنولوژيها و مسائل وابسته به توسعه مانند محيط زيست و كيفيت زندگي و … نياز به حمايت مواد و پروسه‌هاي جديد خصوصاً فرآيندهاي دوستدار محيط زيست غيرقابل انكار مي‌باشند. در ادامه گروههاي تحقيقاتي اصلي در زمينه علم نانو و مهندسي آن در تايلند ارائه مي‌گردد.

1- لابراتوار تحقيقات نيمه‌هاديها گروه مهندسي الكتريك دانشگاه چائولانگ كولن

خلاصه اي از فعاليت: تيم تحقيقات SDRL در دانشگاه چائولانگ‌كلن بانكوك فعاليت خود را بر تكنولوژي صفحه‌اي سيليكون در 1975 آغاز كرد سپس تحقيقات خود را به فيلم‌هاي نازك سيليكوني با روش نشست شيميايي بخار (CVD) و نيمه‌هاديهاي(III-V) از روش فاز مايع اپيتاكسي (LPE) در 1985 گسترش داد. نصب دستگاه MBE (Molecularbeam) براي قطعات كوانتومي و نانوالكترونيك در سال 1992 انجام گرفت. با آزمايشات فراوان و تجربيات قبلي در زمينه سلول‌هاي خورشيدي و مهندسي ليزر، اين گروه تحقيقات خود را بر نانوساختارها با هدف كاربردهاي مختلف اپتوالكترونيكي متمركز ساخت. كوانتوم داتها در كاربردهاي با طول موج بلند همچنان مركز فعاليتهاي تحقيقاتي مي‌باشد. اين وسايل نانومتـري به جهت كاربردهاي ليزرهاي سرعت بالا و كارآمد، دتكتورها، سوييچ‌هاي نوري، حافظه‌هاي نوري و ترانزيستورهاي تك الكتروني، تحت مطالعه و گسترش مي‌باشند.
مركز دولتي حمايت كننده:
- مركز ملي تكنولوژي مواد و فلـز (MTEC)
- ادارة تحقيقات تايلند
همكاران تحقيقاتي: انستيتو ماكس پلانك در اشتوتگارد آلمان، انستيتو تكنولوژيكي توكيو- ژاپن ميزان بودجة دولتي در سال 2001: 000ر250 (دويست و پنجاه هزار) دلار آمريكا

2- گروههاي فيزيك، شيمي از مجموعه علوم دانشگاه ماهيدل بانكوك

خلاصه اي از فعاليت: ساختار الكترونيكي و هندسي نانو تيوبها و كاربردهاي آنها به‌عنوان ذخيره كنندة بار و قطعات حمل و نقل
مركز دولتي حمايت كننده : دانشگاه ما هيدل، اداره تحقيقاتي شل سنتناري

3- كالج پتروشيمي و نفت، دانشگاه چائولانگ

فعاليت: تبخير ليزري نانوتيوبهاي كربن، يافتن فرمول جديد كاتاليست‌ها (Co ، Fe، Ni ، W، Mb) ، ابداع ديگر كاتاليست‌هاي بدون استفاده از ساپورت (سل‌ژل ـ آيروژل)، تحقيقات سيستماتيك براي ديگر منابع كربن يعني CH4 ، C2H4 و يا گاز طبيعي، خالص‌سازي نانوتيوبهاي كربني همكاري براي كاربرد نانو تيوبهاي كربني
مركز دولتي حمايت كننده: مركز MTEC ــ كالج پتروشيمي و نفت دانشگاه چائولانگ

4- گروه مهندسي پلاستيك (توسعه توليد پلاستيك PPD ، پلاستيك‌هاي مصرفي در برنامه‌هاي كشاورزي)

خلاصه اي از فعاليت: توسعه مواد نانو كامپوزيتي غير آلي، پليمري جديد شامل كامپوزيت‌هاي پليمر –رس و پليمر- سراميك، انجام شده براي كاربردهاي كشاورزي و صنعت. افزودن رس به پلاستيك‌ها مي‌تواند كيفيت آنها را براي استفاده‌هاي خاص (در موارد نفوذپذيري و آتش‌گيري) بهبود بخشد. افزودن مقادير كم‌رس طبيعي به بعضي كامپوزيتهاي پلاستيكي موجب تغيير در خواص فيزيكي پلاستيك‌ها شده و آنها را نسبت به گازها و مايعات كم نفوذتر مي‌سازد. تحقيقات بر كامپوزيت‌هاي سراميك ـ پليمر در حال حاضر به سوي توسعه لايه‌هاي نازك براي بسته‌بندي براي افزايش ماندگاري محصولات تازه با توانايي حفاظت بالا جهت يافته است.
5- برنامه تكنولوژي سراميك (MTEC)

خلاصه اي از فعاليت :

الف ـ تهيـه SnO2 نانوكريستالي براي كاربرد در حسگرهاي گازي بوسيله Sitthisuntorn Supothina
در سال 1950 توانايي اكسيدهاي نيمه‌هادي به‌عنوان حسگرهاي گازي كشف شد و اين با مشاهدة تغيير در هدايت اكسيد (ZnO ) به‌واسطه جذب گاز احيايي روي آن يافت گرديد. در طي سه دهه تكنولوژي سنسورها بسيار رشد يافته است. از سال 1968 از سنسورها براي يافتن نشتي گاز شهر و گاز مايع استفاده گرديد. امروزه كاربردها به مواردي چون اندازه‌گيري آلودگي هوا، تشخيص نشت گاز و كنترل فرآيند، گسترش يافته است. سنسورها معمولاً به‌صورت پودرهاي زينترشدة سبك و يا غشاهايي هستند كه درهر دو مورد نسبت سطح به حجم بالا و حساسيت مورد نظر را دارند. از آنجائيكه اكسيد قطع (SnO2) حساسيت بالايي در دماي پايين دارد توجه بر اين ماده معطوف شده است.
تمركز اين بخش بر ساخت مواد پايه SnO2 بصورت نانو كريستالي و بهره‌گيري از حساسيت بعضي ساختارها به گاز بوتان (كه يكي از دو جزء اصلي گاز مايع LPG) مي‌باشد. اين توجه به (LPG) به علت استفاده فراوان آن در تايلند مي‌باشد.
ب ـ سنتز فيلم‌هاي نازك فروالكتريك با روش سل‌ژل بوسيلة Pavadee Aungkavattena
تكنولوژي سل‌ژل براي توليد نانو ذرات سراميكي و فيلم‌هاي نازك بسيار مورد استفاده مي‌باشد، در اين تحقيق مادة PZT به اين روش تهيه شده است. سراميك‌هاي فروالكتريك خواص منحصر به فردي دارند كه آنها را در كاربردهايي چون قطعات نوري و ميكروالكترونيكي، حافظه‌هاي با دست‌يابي تصادفي غير فرار(RAM), حافظه دست‌يابي تصادفي ديناميك (DRAM)، مدارات مجتمع بر Si، اجزاء نوري غير خطي و تكنولوژي پيزو الكتريك به‌كار مي‌روند.
اولين هدف اين تحقيق بر پايه‌ريزي تكنولوژي سل‌ژل در مركز تكنولوژي مواد و فلز (MTEC ) از طريق تهيـه و بررسي خواص سراميك‌هاي فروالكتريك و كشف پتانسيل اين تكنولوژي در توليد مواد و پروسه‌هاي مهم برنامه تكنولوژي چند لايه‌اي در MTEC مي‌باشد.

جريان‌هاي نانو تكنولوژي در تايلند:

نانوتكنولوژي مي‌تواند ابزاري مفيد براي توسعة كشوري چون تايلند باشد. سلول‌هاي خورشيدي QD يكي از وسايل نانوساختار مناسب در كشوري آفتابي مانند تايلند مي‌باشد. نانوتيوب كربني از موضوعات بسيار مورد توجه مي‌باشد، نانو تيوبهاي نيمه‌هادي كه مي‌توانند كاربردهاي مختلفي به‌صورت سنسورها خصوصاً در پزشكي و بيوتكنولوژي داشته باشند. تايلند كشوري كشاورزي مي‌باشد كه مواد غذايي بسياري از مردم جهان را تأمين مي‌كند بنابراين ايده‌هايي در استفاده از نانوساختارها در بيوتكنولوژي، صنايع و كاربردهاي پزشكي از فرصت‌هاي مهم نانوتكنولوژي براي تايلند مي‌باشند كه بايد مورد توجه قرار بگيرند.
نگـاه به آينـده: نانو تكنولوژي در تايلند بايد كاملاً بوسيلة آژانس‌هاي R&D همچون ادارة تحقيقات تايلند حمايت شود. افراد متخصص در زمينه نانوتكنولوژي بايد تربيت شوند. به‌منظور عبور از موانع فعلي سياست ملي براي ترويج نانوتكنولوژي لازم مي‌باشد.
همانطور كه در مقاله فوق ديديم كشورهايي در حال توسعه چون تايلند متوجه ضرورت پرداختن به اين عرصه جديد شده و حتي به كارهاي اجرايي و اختصاص بودجه پرداخته‌اند كه اين موضوع لزوم توجه مسؤولين، محققين و صاحبان صنايع را مشخص مي‌كند.

+ نوشته شده در  سه شنبه 21 آذر1385ساعت 19:32  توسط جلال  | 

مواد پیزو الکتریک

نانوتسمه هاي پيزو الكتريك (82/07/04 )

19 آگوست 2003- محققين مؤسسه فناوري جورجيا نانوتسمههايي از تككريستالهاي اكسيد روي (ZnO) ساختهاند كه ساختاري فنري دارند. اين نانوساختارهاي پيچشي خواص پيزوالكتريك داشته و قابليت استفاده در ميکروسيستمها و عرصههاي بيوپزشكي را دارند. 
يكي از اين محققين بنام وانگ اظهار داشت: "اهميت مواد هوشمند پيزو و فروالكتريك در حد ساختارهاي نيمههادي است، زيرا اين مواد ميتوانند بعنوان كاهندهها و راهاندازهاي ماشينها و ادوات نانومتري عمل كنند."
وي همچنين ادامه داد: "ما براي اولين بار سنتز موفقيتآميز نانوتسمههاي پيزو و فروالكتريك اكسيد روي با پهناي 10 تا 60 نانومتر و ضخامت 5 تا 20 نانومتر را گزارش نموديم. جالبترين نتيجه اين كار، تشكيل نانوفنرهاي تككريستالي اكسيد روي به علت پلاريزاسيون طبيعي است."
اين محققين براي رشد نانوتسمهها از يك فرآيند جامد- بخار استفاده كردند. آنها پودر ZnO را در يك كوره لولهاي افقي حرارت داده و نانوساختارهاي ZnO را روي پايه آلومينا نشاندند. 
اغلب نانوساختارهاي تشكيل شده، نانوتسمههايي با طول چند صد ميكرومتر بودند، اما اين محققين نانوتسمههاي حلقهاي شكل با ساختاري فنري را در بين ساختارهاي تشيكلشده مشاهده نمودند. قطر اين نانوفنرها حدود 500 تا 800 نانومتر بود. 
براي دسترسي به خاصيت پيزوالكتريك قوي، ضروري است كه نانوساختارهاي ZnO محدوده وسيعي از سطوح منتهي به روي و اكسيژن پلاريزه شده (0001) داشته باشند. هر چند سطوح (0001) انرژي سطحي بالايي دارند، اما رشد آنها از نظر انرژي مطلوب نيست. تيم فوق با كنترل دقيق شرايط عملياتي موفق به توليد ساختارهايي با سطوح منتهي به وجههاي (0001) شدند. در واقع، مطالعات پراش الكترون نشان ميدهد كه بيش از 95% نانوتسمههاي توليدي اين تيم داراي سطوحي با وجههاي قطبي (0001)± هستند.

تصوير SEM از نانوتسمه‌هاي تک کريستالي پيزوالکتريک ZnO . سطوح بالا و پايين اين نانوتسمه‌‌ها به وسيلة سطوح قطبي (0001) پوشيده شده است. ساختار پيچشي آنها موجب حداقل شدن انزژي الکترواستاتيک اين تسمه‌ها مي‌گردد. پهناي اين تسمه‌ها 20 نانومتر، ضخامت آنها 5 نانومتر و شعاع پيچش آنها حدود 1 ميکرومتر است.
طبق اظهارات اين محققين، نانوتسمهها و نانوفنرها سيستمهاي ايدهآلي براي درك خاصيت پيزوالكتريك و خواص ناشي از قطبيشدن در مقياس نانومتري ميباشند. اين مواد همچنين ميتوانند بعنوان حسگر، كاهنده، راهانداز و اجزاي كاركردي با خواص قابل تنظيم جهت استفاده در سيستمهاي ميكروالكترومكانيكي (MEMS) و نانوالكترومكانيكي (NEMS) مورد استفاده قرار گيرند. بهعلاوه، وجود سطوح قطبي متفاوت در اين ساختارها ميتواند منجر به دسترسي به كاتاليزورهاي انتخابگر شود. همچنين قابليت تنظيم فاصله گام در اين نانوفنرها ميتواند به جداسازي زنجيرههاي DNA و تنظيم ساختار DNAبر حسب زوجشدن الكترومغناطيسي كمك نمايد.
وانگ در ارتباط با آينده اين تحقيق اظهار داشت: "تحقيقات بعدي ما در دو جهت پيش خواهد رفت: كاربرد مواد نانوتسمهاي پيزوالكتريك در ميكروسيستمها و استفاده از اين مواد در علوم پزشكي. ما در زمينه استفاده از ساختار نانوتسمه در افزايش كارآيي MEMS و NEMS نيز كار خواهيم كرد. ما همچنين علاقمند به استفاده از اين مواد در تشخيص بلادرنگ سلولهاي سرطاني هستيم." 

طراحي سيستم بهينه در ساخت روباتهاي مولكولي پزشكي تعداد بازديد: 3846
تاريخ : 14/06/83
نكات برگزيده
با توجه به اندازه بسيار كوچك روباتها و نياز به محاسبات دقيق در محيطهاي پيچيده ، به يك پردازشگر نانومتري نياز داريم كه از لحاظ زمان ، سوخت و مواد اوليه ارزان باشد .كامپيوترهاي DNA براي اين كار بهترين انتخاب هستند چون خود DNA به عنوان سوخت ، ورودي و خروجي عمل محاسبه مورد استفاده قرار مي گيرد
موتور اولتراسونيك موتور موج اولتراسونيك باعث چرخش روتور مي شود و مزيت آن چگالي انرژي بالا ( 5 تا 10 برابر موتورهاي الكترومغناطيسي )و قابليت بالا بردن دامنه نوسانات بلورپيزوالكتريك توسط پديده تشديد براي افزايش انرژي است .
موتورهاي VPL در اين موتورها بر ويژگيهاي مكانيكي پروتئينهاي ويروسي براي تغيير نحوه عملكرد بر اساس تغييرات سطح PH محيط متمركز مي شويم.
تعداد نظرات: 15    امتياز: 4
نظر دهيدضعيف                 خوب
123 45 


خلاصه
هدف در اين پروژه طراحي و شبيه سازي قابل اجراترين مدل در ساخت روبات هاي مولكولي براي اهداف پزشكي و دارورساني در بدن انسان است. براي رسيدن به آن تمام مسائل قابل بررسي در زمينه هاي ساخت و كاربرد روبات را بررسي كرده و سعي بر آن است باتوجه به كارهاي جهاني انجام شده و پتانسيل هاي موجود در كشور كم خطر و پركاربردترين راه حل را پيشنهاد كنيم. براي كنترل خودمختار تيم هاي نانوروبات در يك محيط پيچيده نانوتكنولوژي خيس از شبكه هاي عصبي و واقعيت مجازي استفاده شده و طرح سنسور موتور و پردازشگر برگرفته از دستاوردهاي بيوتكنولوژي در استفاده از ابرارهاي طبيعي مانند آنزيم ها، سوختهاي سلولي و DNA است.

چكيده :

هدف در اين پروژه كه فازهاي ابتدايي آن از زمستان 80 در ايران آغاز شده ، طراحي و شبيه سازي قابل اجراترين مدل در ساخت روباتهاي مولكولي براي اهداف پزشكي و دارو رساني در بدن انسان است و براي رسيدن به آن تمام مسائل قابل بررسي در زمينه هاي ساخت و كاربرد روبات را بررسي كرده و سعي بر آن است با توجه به كارهاي جهاني انجام شده و پتانسيلهاي موجود در كشور كم خطر و پر كاربردترين راه حل را پيشنهاد كنيم .براي كنترل خودمختار تيمهاي نانوروبات در يك محيط پيچيده نانوتكنولوژيكي خيس از شبكه هاي عصبي و واقعيت مجازي استفاده شذه و طرح سنسور ، موتور و پردازشگر برگرفته از دستاوردهاي بيوتكنولوژي در استفاده از ابزارهاي طبيعي مانند آنزيمها ، سوختهاي سلولي و DNA است .

1 ) لزوم طرح پروژه :هدف اصلي نانوتكنولوژي ساخت سيستمهاي بسيار ريز در توسعه ماشينهاي مولكولي بوده است و نانوروبات مي تواند همه چيز را به صورت مولکول به مولکول بسازد و حتي ساختار خود را تغيير داده يا توليد مثل کند .

1_1 )کاربرد نانوروباتها :

1-1-1 ) مونتاژ قطعات الکترونيکي و مکانيکي در ابعاد ريز

1-1-2 ) انجام کارهاي دقيق ميکروسکپي وقت گير و نيازمند دقت فراوان

1-1-3 ) کار در پايگاههاي تصفيه زباله هاي سمي

1-1-4 ) انجام عمليات پزشکي به عنوان پزشک داخل بدن و کنترل علائم حياتي و باليني

1-1-5 ) درمان بيماريها به عنوان داروي هوشمند

با توجه به اهميت استراتژيك نانوروباتها در تمام گستره هاي صنعت ، پزشكي و تحقيقات علمي و نقش آن در بهبود سطح زندگي بشر و افزايش درآمد ملي ورود به اين حوزه براي كشور ما اجتناب ناپذير است . خوشبختانه مواد اوليه و ابزار مورد نياز توليد اين روباتها نسبتا ارزان است و اين راه را براي توليد انبوه اين محصولات در داخل كشور و رقابت با بازارهاي رو به رشد جهاني محصولات نانوبيو باز مي كند .

2 )مقدمه :اين پروژه شامل طراحي وشبيه سازي اعمال تيمهاي بهم مرتبط و خودمختار روباتهاي همكار است كه يك سري بيو مولكول مشخص را در زمان مناسب به مدخلهاي از پيش تعريف شده اي انتقال مي دهند . با توجه به تاثيرات كوانتمي در ايجاد عدم قطعيت در شناسايي مكان الكترون و تغييراتي كه دما در رفتار فضايي مولكولها ايجاد مي كند ، اولين پله در ساخت سيستمهاي دقيق نانو ، ساخت پروسسورهاي پيچيده و محلهاي ذخيره اطلاعات real time در ابعاد نانواست .بقيه كارها بايد در زمينه ساخت بيوسنسورها و ابزارهاي nano-kinetic صورت بگيرد كه بسياري از مسائل كلاسيك آنها از قبيل اصطكاك ، حركتهاي دمايي و مكانيك كوانتومي شناخته و حل شده اند .

3 )طراحي اوليه : سه طرح اصلي در دستكاريهاي مولكولي در محيط مايع و گاز ابعاد نانو عبارتند از :

بازوهاي روباتي ، Stewart Platform ,Five_strut Crank Model .كه ما nanomanipulation در محيط مايع را با استفاده از سنسور و دريافت نقشه حركت انتخاب كرده ايم .

4 )استفاده از واقعيت مجازي : براي شبيه سازي نانوروباتهايي كه در محيط پيچيده با 6 جهت آزادي حركت مي كنند به گرافيك كامپيوتري قدرتمندي نياز داريم و قبل از هر چيز بايد كاملا محيط مساله را بشناسيم . نانوروباتها در دنيايي زندگي مي كنند كه اصطكاك ، چسبندگي و ويسكوزيته برترين نيروها و نيروهاي جاذبه كوچك يا بي اهميت هستند مانعهاي محيط در مكانهاي ناشناخته قرار دارند و موقعيتهاي رسانش دارو كاملا قابل آدرس دهي هستند . مسير حركت و موقعيتهاي هر مولكول به طور تصادفي توليد مي شود و سنسورهاي روبات با گزارش نيروي چسبندگي مشخص مي كنند كه شي مورد برخورد يك مانع است كه بايد از آن دور شد يا مولكولي است كه بايد حمل شود .

5 )شبيه سازي فيزيكي : در اينجا مي خواهيم نحوه برخورد روبات با مولكولهاي مختلف را شبيه سازي كنيم . يك روش ساده و سريع براي محاسبه نيروهاي تماسي ، شتاب ، اصطكاك ، سرعت نرمال و فرموله كردن ارتباط ميان نيروها توسط الگوريتم Baraff بيان مي شود اما در اين مساله از يك الگوريتم مكمل نيز براي رديابي collision در نقاط منفرد بهره مي جوييم. شروط دقيق را براي برخورد ديناميك به صورت يك بردار C از نيروي مغناطيسي بيان مي كنيم نتيجتا معادلات حركتي نيوتن _اويلر به صورت زير بيان مي شوند :

= بردار مشتق سرعت. = مشتق بردار فاصله برخورد نرمال . ها = نيروهاي خارجي شامل برخورد.

شكل 1 : Molecular identification by collisions contact = بردارهايي كه از مركز جرم به نقاط اثر نيرو كشيده شده اند . I = تانسورسكون . m =جرم جسم

براي مشخص كردن اينكه در چه موقع ، در اثر يك برخورد اشيا حركت مي كنند دو نوع برخورد را وجود دارند:

شكل 1 : Molecular identification by collisions contact

5-1 ) tangential collision :( مماسي) مربوط است به اشتراك دو سطح در يك نقطه هندسي و توسط معادلات زير شرح داده شده :

فرض مي كنيم كه سطح بيضوي يك بيان پارامتريك به صورت زير دارد :

به طور مشابه براي دو سطح جبري مساله اشتراك مماسي به صورت زير فرموله مي شود :

(08)

(09)

5-2 ) Boundary Collision (مرزي) : دامنه سطح بيضوي را به صورت تعريف مي كنيم كه انحناهاي مرزي با جانشين كردن s يا t با 0 يا 1 بدست مي آيند . پس بايد معادله زير را حل كنيم دو شي بهم برخورد مي كنند اگرمعادلات 3 يا 10 براي سطوح پارامتري و معادله 6 براي سطوح جبري يك جواب در دامنه هاي خود داشته باشند .

6) تيمهاي مولتي روبات همكار : مسئله ما عبارت است از هدايت روباتي كه بايد تجربه بياندوزد , با توجه به سوخت خود , فاصله مولكولها و ارزش آنها تصميم بگيرد ,محيط را بشناسدو با ساير روباتها همكاري كند شبكه هاي عصبي قدرت آموزش پذيري فوق العاده اي دارند , آلگوريتمهاي ژنتيكي در وضعيتهاي پيشبيني نشده , خوب عمل مي كنند و دقت آلگوريتم مورچگان در پيدا كردن بهترين مسير با 05/0 خطاي كمتر از آلگوريتمهاي ژنتيكي قابل توجه است . پس ظاهرا بهتر است براي تامين نيازهاي مختلف سيستم از همه آنها بهره بگيريم .پس قدم اصلي بعدي شناخت دقيق پتانسيلهاي هر يك از اين روشها براي روبات ما و استفاده از آنهاست .مساله مهم توجه به نياز همكار پذير بودن روباتهاست . شروط رقابتي جامعه حشرات به ما مي آموزد چطور سيستمهاي توزيع شده غير متمركز خودمختار بسازيم كه در تعامل با ساختارهاي مشابه تكامل پيدا مي كند Kube نشان داد كه شكستن مساله اصلي به زير مساله هاي مبتني بر دريافتي هاي سنسور مي تواند رفتارهاي بدون ارتباط صريح را در نانوروباتها ايجاد كند .قانون كلي رفتار تيم مولتي روباتها در جدول 1 شرح داده شده است

اين مدل شامل هيچ رفتار خود ترميمي در نانوبوتهانيست .

7 )حركت عصبي :

در اين مرحله براي پيدا كردن كوتاهترين مسير از شبكه هاي عصبي مجازي (ANN) استفاده مي كنيم .از پيش ثابت شده كه مساله كلاسيك پيدا كردن كوتاهترين مسير در فضاي سه بعدي با مانعهاي چند ضلعي از نوع NP-Hard است .

مدلي كه براي پياده سازي انتخاب شده شبكه عصبي پيچيده Belief (NSBN) است كه با استفاده از يك استراتژي رو به عقب در عمليات محاسباتي صرفه جويي مي كند .اين قابليت در معادله زير ديده مي شود:

X = بردار شامل متغيرهاي دو ارزشي تصادفي

X1, X2,…, Xn = يك توپولوژي مركب از n نورون اتفاقي و n = دامنه لايه پنهان كه شبكه را به سوي بهينگي سوق مي دهد . اين بخشها در شبكه به يك ماتريس دوبعدي A mn با n سطر و m ستون تبديل مي شود كه n و m ماتريس هزينه هاي رسيدن هر agent به مقصد است و خروجي عنصر سطر i و ستون j برابر v ij = 1 است هر گاه : i j .

نتيجتا هزينه رسيدن به جواب براي هر agent در معادله 22 بيان مي شود :

شكل 2 : مسير كامل حركت نانوبوت شكل 2 : مسير كامل حركت نانوبوت

8 ) پياده سازي فيزيكي – نيازها و پاسخها :

8-1 ) مغزهدايتگر روبات مولكولي :با توجه به اندازه بسيار كوچك روباتها و نياز به محاسبات دقيق در محيطهاي پيچيده ، به يك پردازشگر نانومتري نياز داريم كه از لحاظ زمان ، سوخت و مواد اوليه ارزان باشد .كامپيوترهاي DNA براي اين كار بهترين انتخاب هستند چون خود DNA به عنوان سوخت ، ورودي و خروجي عمل محاسبه مورد استفاده قرار مي گيرد و در مقايسه با سوختهايي مانند ATP گرماي مازاد كمتري ايجاد مي كند . اين وسيله محاسباتي قابل برنامه ريزي تنها با استفاده از سه نوع مولكول كار مي كند:

• يك مولكول DNA ورودي كه كدگذاري داده ها و فراهم كردن سوخت براي محاسبه را انجام مي دهد

• نرم افزارهاي مولكولي DNA كه رمز گذاري قواعد محاسبه را بر عهده دارد.

يك مولكول سخت افزار كه شامل يك آنزيم برنده DNA است .

8-2 )چطور روبات را بدون برانگيختن پاسخ ايمني بدن به بدن واردکنيم؟

براي حل اين مساله من روشي را پيشنهاد مي کنم که خود سلولهاي سرطاني از آن استفاده مي کنند و در اوايل ماه مي سال 2004 کشف شده است .نوعي مولکول در سطح خارجي بسياري از سلولهاي سرطاني و در ساقه سلولهاي جنين انسان يافت مي شود و وظيفه اش جلوگيري از واکنش سيستم ايمني بدن مادر در برابر سلولهاي جنين و نيز مخفي ماندن سلولهاي سرطاني از ديد گلوبولهاي سفيد در بدن بيماران است.

اين کشف حاوي چند ره آورد ارزشمند است :

1 ) نصب اين مولکول بر روي بدن نانوروبات باعث فريب سيستم ايمني شده , از واکنش نسبت به آن جلوگيري مي کند .

2 ) با توجه به اينکه اين مولکول در سلولهاي بالغ و سالم وجود ندارد مي توان از بررسي حضور آن براي کشف محل تکثير سرطان استفاده کرد.

3 ) محققان در تلاشند نوعي پادتن خاص را توليد کنند که خود را به اين مولکول که بر سطح سلولهاي سرطاني حرکت مي کند بچسباند و دارويي را که همراه دارد به درون سلول سرطاني تزريق کند .

4 ) ساخت واکسنهايي براي هوشيار کردن سيستم ايمني در برابر خطر هجوم سرطان با توجه با نحوه عمل اين مولکول

8-3 ) چگونه روبات را در بدن حرکت بدهيم ؟

روبات بايد داراي موتوري باشد که به او توانايي حرکت در خلاف جريان خون , ثابت ماندن در محل عمليات ,حرکت در محل حفره ها و تغيير مسير حرکت را بدهد. ساختارهاي زير به عنوان محرک روبات قابل بررسي اند :

8-3-1 ) Propeller : به دليل امکان ايجاد برخوردهاي کنترل نشده اين موتور را رد مي کنيم.

8-3-2 ) تاژک با سوخت ATP : به دليل شباهت به سيستمهاي طبيعي مناسبتر از مدلهاي الکترومغناطيسي است چون در مقياس مولکولي نيروهاي ناخواسته ايجاد نمي کند.

8-3-3 ) موتور اولتراسونيك با سوخت ATP : در اين موتور موج اولتراسونيك باعث چرخش روتور مي شود و مزيت آن چگالي انرژي بالا ( 5 تا 10 برابر موتورهاي الكترومغناطيسي )و قابليت بالا بردن دامنه نوسانات بلورپيزوالكتريك توسط پديده تشديد براي افزايش انرژي است . در اين موتورها بر خلاف موتورهاي الكترمغناطيسي , بين روتور و استاتور تماس مكانيكي وجود دارد و مولفه هاي مماسي نيرو باعث دوران چرخ مي شوند .

در مجموعه پيشنهادي , براي سوخت دو انتخاب داشتيم :

1 )استفاده از ATP آماده

2 )استفاده از گلوكز براي ساخت ATP بيشتر و دوام فرايند سوخت

به دليل خطرناك بودن بعضي محصولات واكنش گلوكز , فعلا فرض مي كنيم روبات به اندازه كافي با خود ATP حمل مي كند . در محيط آبي واكنشي به شكل زير خواهيم داشت :

ATP_ase
ATP + H 2 O ADP + H 3 PO 4 + 8000 cal

و واكنش معكوس آن در حضور نور و كلروفيل به صورت زير است :

ADP + H 3 PO 4 ATP + H 2 O

8-3-4 ) پمپ الکترومغناطيسي: اين وسيله با استفاده از جريان مايع در جلو و عقب پمپ حرکت مي کند . اما افزايش طول احتمالي رشته هاي مغناطيسي ممکن است مشکل ساز باشد

8-3-5 ) پمپ Jet : استفاده از يک پمپ با اجزاي متحرک براي حرکت در پلاسما

8-3-6 ) نيرو محرکه غشايي : استفاده از فشاري که مايع برابعاد روبات وارد مي کند

8-3-7 ) حرکت در راستاي سطح : حرکت بر ديواره رگها با استفاده از گيره هايي که بدون تخريب بافت به آن مي چسبند و به راحتي آزاد مي شوند.

8-3-8 ) موتورهاي DNA و VPL : با توجه به اهميت و قدرت اين موتورها آنها را براي اين پروژه انتخاب کرده, يک بخش کامل از مقاله را به شرح آنها اختصاص خواهيم داد .

8 - 4 )چگونه محل مقصد روبات را پيدا کنيم ؟

براي پيدا کردن بافت بيمار دو نوع سنسور مي خواهيم: 1 - سنسور برد بلند براي پيدا کردن محل تقريبي بافت بيمار

2 -سنسور برد کوتاه براي ايجاد تمايز ميان بافت سالم وبيمار

8-4-1 )سنسور بيروني : هدف: پيدا کردن محل عمل

8-4-1-1 )اولتراسونيک : براي هر دو حالت Active,Pasive

در اين روش يک سيگنال اولتراسونيک به بدن تابانده ميشود و حاصل بازتابش را پردازش مي کنند .در حالت پسيو خود روبات يک سيگنال با الگوي خاص ارسال کرده و با پردازش موج برگشتي اطلاعات جزئي مکاني را بدست مي آورد .اگر از سيگنال گسسته استفاده کنيم توان مصرفي کمتر است اما دقت مکانيابي کم مي شود . اين سيگنال توسط بلور پيزو الکتريک توليد شده و داراي دقت و قدرت مطلوب است.

: NMR/ MRI 8-4-1-2 )

استفاده از فيلدهاي مغناطيسي قوي و آناليز نحوه واکنش اتمهاي بدن به اين اشعه اين روش کند است و براي کسب جواب دقيق به ساعتها وقت نياز دارد .در يک روش مشابه که در برلين مورد آزمايش قرار گرفته نانوذرات مغناطيسي به بافت تومور تزريق شده و يک ميدان مغناطيسي باعث ايجاد ارتعاش و بالا رفتن دما در تومورشده , دارو دفيوز مي شود و اشکال آن سخت بودن تمرکز بر نانو مغناطيس در ابعاد بزرگ بدن انسان است .

8-4-1-3) رنگ آمبزي رادبواکتبو : يک جريان راديواکتيو را وارد جريان خون کرده و با فلوروسکوپ دنبال مي کنيم .

8-4-1-4 ) استفاده از مواد راديواکتيو در داخل بدن روبات : اين روش مزاياي زير را دارد : دقت بالا , تشعشع پيوسته , صرفه جويي در انرژي چون براي نشان دادن محل روبات انرژي مصرف نمي شود , خطر ندارد و با مادون قرمز ديده مي شود .

8-4-1-5 ) اشعه X : براي مطالعه بافتهاي نرم کاربرد ندارد , دير جواب ميدهد و مضر است .

بهترين حسگر برد بلند: 1 ) مواد راديواکتيو در داخل روبات و گيرنده مادون قرمز 2 ) پيزوالکتريک

8-4-2 )حسگرهاي برد کوتاه :

8-4-2-1 )حسگرهاي شبمبابي : داراي حساسيت زباد , ميتواند غلظت بسيار پايين ماده را اندازه بگيرد پس براي تشخيص محل تومورها مي توان روي روبات دو تا حسگر گذاشت که اگر غلظتي که حسگر جلويي اندازه مي گيرد کمتر بود , تغببر مسبر دهد اما به دليل طول کوتاه خود روبات , ابن اختلاف غلظت به سادگي قابل اندازه گبري نبست .مساله اي که اينجا مطرح مي شود , اين است که اگر تعداد مواد شيميايي اندازه گيري شونده زياد باشد , حجم روبات خيلي بزرگ مي شود . براي جلوگيري از اين مشکل , بايد از چندين روبات همکار استفاده کرد که هر يک به ماده خاصي حساس اند.

8-4-2-2 )اسپستروکپ : با استفاده از ليزر بخشي از بافت سلول را بخار کنيم و با استفاده از آناليز خواص شيميايي اش دنبال بافت بگرديم . با توجه به خطرناک بودن قوس الکتريکي ر جاهايي مانند مغز , بهتر است از خازنهاي نانوتيوبي استفاده کنيم که نسبت انرژي به جرمشان بالاست و از ليزر مربوطه براي نابود کردن خود بافت بيمار هم استفاده کنيم .

8-4-2-3 )دوربينهاي تلويزيوني : مي توان روشنايي لازم براي کار با اين دوربينها را با يک ديود ليزري تامين کنيم .

8-4-3 )روشهاي معالجه : نابود کردن کامل بافت بيمار

8-4-3-1 )در مورد چربيهاي ديواره رگها , مي توان توده ها را طوري خرد کرد که توسط مکانيسم طبيعي بدن قابل دفع باشند .

8-4-3-2 )با استفاده از ليزر و تبخير سلول را نابود کنيم , که اين در مورد تومورها چون داراي بافت ناشناخته اند خطرناک است و ممکن است بافتهاي سالم را بيمار کند پس بايد ابتدا به کمک مواد شيميايي درون تومور را نابود کنيم يا توسط تابش امواج مغناطيسي پيوند شميايي سلولهاي تومور را هدف قرار دهيم .

8-4-3-3 )معالجه شيميايي : مخزن مواد شيميايي را با خود به بافت بيمار منتقل کنيم و توسط سمهاي بسيار قوي مانند تتروداکسين آن را از بين ببريم .

8-4-3-4 )استفاده از حرارت و امواج ماکروويو : مشکل: گرم کردن کنترل نشده بافتهاي بدن خطرناک است و اگر ماکروويو داخل خود روبات باشد , بسيار پيچيده مي شود .

8-4-3-5 )اولتراسونيک : چون حرارت بالايي ايجاد نمي کند براي درمان لخته هاي خوني کاربرد ندارد

8-4-3-6 )استفاده از حرارت اهمي : دو تا الکترود روي يک سلول قرار دهد و با ايجاد جريان آن را بپزد که اين براي چربيها و لخته هاي خوني مناسب نيست .بهترين روش : استفاده از ليزر براي تبخير بافت بيمار .

روشهاي ديگر معالجه :

با استفاده از تحريکات ديواره سلول حساسيت آن را به دارو افزايش دهيم و با ايجاد شکاف در داخل سلول راه عبور دارو را مهيا کنيم .

8-4-4 )منبع تغذيه نانوروبات :

8-4-4-1 ) منبع را با خودش ببرد:

1 ) پيل شميايي با نسبت انرژي به جرم پايين 2 ) خازنهاي فشار قوي براي تامين ليزر

3 ) پيلهاي الکتروشيميايي : روبات با خودش دو تا الکترود ببرد که در الکتروليت خون انرژي توليد کنند . مشکل : اگر الکترود ها در خون پوشانده شوند, توليد انرژي متوقف مي شود .

4 ) استفاده از انرژي هسته اي : اگر انرژي هسته اي شيلد شود براي مکان يابي هم با مادون قرمز کار ساده تر مي شود .

8-4-4-2 )انرژي از بيرون تابانده شود

1 ) ماکروويو : مشکل : جذب انرژي توسط ساير بافتهاي بدن

2 ) اولتراسونيک : بلور پيزوالکتريک مي تواند داخل خود روبات باشد و با موجي که از بيرون فرستاده مي شود ارتعاش کند .

3 ) القاي الکترومغناطيسي : يک حلقه چرخان داخل روبات بگذاريم که جريان الکترومغناطيسي ايجاد مي کند و براي پختن سلول بيمار جريان داخل حلقه را به يک مقاومت بفرستيم .

4 ) پمپهاي يونيد به عنوان مبدل انرژي داخل بدن : استفاده از پمپهاي سديم و پتاسيم که درست برخلاف جهت حرکت روبات جريان مايع وارد آنها مي شود و از روي مقدار وارد شده انرژي تامين مي شود .

9 )موتورهاي مولكولي :

قدرت و كارايي بالاي موتورهاي اولتراسونيك باعث شد در فازهاي آغازين پروژه آنها را براي نانوبوتها انتخاب كنم و بعدها شرايط فيزيكي مساله پروژه را به سوي استفاده از سوختهاي طبيعي و موتورهاي طبيعي تر سوق داد.بنده براي بكارگيري سوخت ATP در يك موتور اولتراسونيك Traveling Wave خطي و متمركز كردن عمل موتور و سنسور بدون نياز به توليد جريان متناوب استفاده از نوعي كلروفيل را پيشنهاد كردم كه شرح جزئيات ساختار اين موتور جديد در نتايج تحقيق موجود است .

در مقايسه با پروتئينها ، DNA كوچك و ساده است و ساختار و عملكردش به سادگي درك مي شود .به همين دليل براي ادامه كار موتورهاي VPL را انتخاب كرده ايم.

9-1 )ساختار موتورهاي VPL و انواعش :
در اين موتورها بر ويژگيهاي مكانيكي پروتئينهاي ويروسي براي تغيير نحوه عملكرد بر اساس تغييرات سطح PH محيط متمركز مي شويم. ما پپتيدهاي حياتي زير را براي كار انتخاب كرده ايم :

1) The Influenza virus protein Hemagglutinin (HA) peptide HA2;

2) The Human Immunodeficiency Virus type 1 (HIV 1) peptide gp41;

3) The Human Respiratory Syncytial Virus (HRSV) protein subunit F1;

4) The Simian Immunodeficiency Virus (SIV) protein gp41;

5) The Human T cell Leukemia virus type 1, protein gp21;

6) The Simian Parainfluenza Virus peptide unit SV5;

7) The Ebola virus protein gp2.

پوشش گليكوپروتئين در اين ويروسها مي تواند به دو بخش تقسيم شود كه نتيجه تقسيم proteolytic يك پيش ماده پروتئيني مشترك هستند ولي اعمال متفاوتي را انجام مي دهند . مثلا در مورد HIV1 پيش ماده گليكوپروتئين gp160 است كه از لحاظ proteolytically به دو گروه gp120, gp41 تقسيم مي شود. gp120 زيرمجموعه غشاي انتقالي (TM) است و gp41 به عنوان تركيب غشايي بين پوسته سلولي و ويروس قرار مي گيرد . gp41 و بخشهاي TM مشابه در ساير ويروسهاي ليست بالا وقتي كه ويروس در حالت فعال يا fusogenic است يك ساختار alpha_helical بدست مي آورند .اين ساختار مانند گيره مو است كه از فنر تشكيل شده و داراي يك ترمينال C (Carboxy_end) است و بقيه n ترمينال (Amino_end) هستند و نسبت به تغيير شرايط اسيدي ساختار فنريشان دچار دگرگوني مي شود و پاياني هاي n از كناره داخلي بيرون مي آيند و پپتيد يك موقعيت مرتب شده يا حالت fusogenic بدست مي آورد .

الف: 3 فيبر titin مي توانند به عنوان اجزاي فنري پسيو براي اتصال دو platform و تشكيل يك درجه از آزادي در platform هاي موازي استفاده شود كه توسط محرك VPL به كار انداخته مي شود . ب : يك محرك VPL به بيرون كش آمده و اين باعث حركت خطي platform مي شود . شكل 3 :

الف: 3 فيبر titin مي توانند به عنوان اجزاي فنري پسيو براي اتصال دو platform و تشكيل يك درجه از آزادي در platform هاي موازي استفاده شود كه توسط محرك VPL به كار انداخته مي شود .

ب : يك محرك VPL به بيرون كش آمده و اين باعث حركت خطي platform مي شود .

9-2 )جنبشي شناسي مولكولي :

براي بررسيهاي جنبشي شناسي فرض مي كنيم دنباله هاي اسيد امينه براي ساختن يك manipulator به صورت سري بهم متصل شده اند .اسكلت اوليه اين زنجيره از تكرار سري ) – N-C?-C -) تشكيل شده است . شكل 4 : زواياي چرخشي آزادي در يك زنجيره residue . اسكلت اصلي با خطوط ارغواني مشخص شده ، زنجيره هاي كناري با R و residue هاي مجاور با خطوط سايه دار مشخص شده اند . شكل 4 : زواياي چرخشي آزادي در يك زنجيره residue . اسكلت اصلي با خطوط ارغواني مشخص شده ، زنجيره هاي كناري با R و residue هاي مجاور با خطوط سايه دار مشخص شده اند .

9-2-1 ) Kinematics مستقيم :

مساله direct Kinematics ساختار نهايي موتورهاي VPL را با توجه به ساختار اوليه ، پارامترهاي ثابت زنجيره و مجموعه مشخص از زواياي پيچشي مشخص مي كند .

9-2-2 ) Kinematics معكوس :

در اين بخش زواياي پيچشي موتور با استفاده از ساختار اوليه و نهايي داده شده و تمام پارامترهاي ثابت زنجيره محاسبه مي شود .براي اين كار از يك نسخه روش CCD استفاده مي شود كه مخصوص قابليتهاي جنبشي شناسي معكوس در روباتيك است . براي زنجيره هاي پروتئيني بايد زواياي پيچشي براي حركت ترمينال C به مكان مورد نظر ، تنظيم شود . روش CCD شامل تنظيم كردن يك زاويه پيچشي در هر لحظه براي حداقل كردن مجموع مربعات فاصله هاي بين موقعيت جاري و مطلوب end_effector هاست .

تحليلهاي رياضي و مدلهاي فضايي زنجيره هاي پروتئيني براي محاسبه دقيق ويژگيهاي قابل پياده سازي موتورهاي VPL در حال تكميل مي باشد .

10 )نتيجه گيري :

پيشرفتهاي جهاني در زمينه نانوپزشكي و توليد نانوسيستمها چنان سريع است كه يك لحظه عقب ماندن از اين روند ما را براي مدتهاي طولاني از صحنه رقابت حذف خواهد كرد . در طول پروژه حاضر با توجه به تجربيات ديگر كشورها چندين بار مجبور شديم استراتژي حل مساله را تغيير دهيم . در حال حاضر چون در داخل كشور گروههايي وجود ندارند كه به طور منسجم بر روي اين موضوع سرمايه گذاري كنند متاسفانه كارهاي انجام شده تنها جنبه شبيه سازي و محاسبات تئوريكي دارند. محورهاي فعلي پروژه را استفاده از موتورهاي VPL ، شناخت كاربردهاي نانوروبات به عنوان ناقل ژن درماني ، تقليد از تخصص يافتگي WBC ها در سيستم ايمني بدن ، بررسي پتانسيلهاي روباتهاي فراكتالي در ابعاد نانو و شبيه سازي دقيقتر شبكه نانوروباتهاي همكار تشكيل مي دهند كه دستاوردهاي اين حوزه ها در حال تكميل و تدوين است .

اميدواريم كه با توجه به ارزش صنعتي و اقتصادي محصولات نانوبيو و نقش مهمي كه در نجات جان انسانها ايفا مي كنند ، دانشمندان و سازمانهاي تحقيقاتي ايراني نيز در اين وادي با ما همراه شوند تا با كارهاي تيمي هم راستا هر چه سريعتر در صحنه هاي رقابت جهاني نانوروباتيك قادر به ارائه محصولاتي نو و كارا


+ نوشته شده در  سه شنبه 21 آذر1385ساعت 19:28  توسط جلال  | 

ليزر

ليزر مخفف عبارت light amplification by stimulated emission of radiation می باشد و به معنای تقويت نور توسط تشعشع تحريک شده است.اولين ليزر جهان توسط تئودور مايمن اختراع گرديد و از ياقوت در ان استفاده شده بود. در سال 1962 پروفسورعلی جوان اولين ليزر گازی را به جهانيان معرفی نمود و بعدها نوع سوم وچهارم ليزرها که ليزرهای مايع و نيمه رسانا بودند اختراع شدند.در سال 1967 فرانسويان توسط اشعه ليزر ايستگاههای زمينی شان دو ماهواره خود را در فضا تعقيب کردند, بدين ترتيب ليزر بسيار کار بردی به نظر آمد.نوری که توسط ليزر گسيل می گردد در يک سو و بسيار پر انرژی و درخشنده است که قدرت نفوذ بالايی نيز دارد بطوريکه در الماس فرو ميرود . امروزه استفاده از ليزر در صنعت بعنوان جوش اورنده فلزات و بعنوان چاقوی جراحی بدون درد در پزشکی بسيار متداول است.

ليزرها سه قسمت اصلی دارند:
۱-پمپ انرژی يا چشمه انرژی: که ممکن است اين پمپ اپتيکی يا شيميايی و ياحتی يک ليزر ديگر باشد
۲- ماده پايه وزفعال که نام گذاری ليزر بواسطه ماده فعال صورت ميگيرد
۳- مشدد کننده اپتيکی : شامل دو اينه بازتابنده کلی و جزئی می باشد

طرز کار يک ليزر ياقوتی:
پمپ انرژی در اين ليزر از نوع اپتيکی ميباشد ويک لامپ مارپيچی تخليه است(flash tube) که بدور کريستال ياقوت مدادی شکلی پيچيده شده(ruby) کريستال ياقوت ناخالص است و ماده فعال ان اکسيد برم و ماده پايه ان اکسيد الومينم است.
بعد از فعال شدن اين پمپ انرژی کريستال يا قوت نور باران می شودو بعضی از اتمها رادر اثرجذب القايی-stimulated absorption برانگيخته کرده وبه ترازهای بالاتر می برد.

http://robot.ir/blog/mollasadra/files/yaghot-laser.jpg

پديده جذب القايی: اتم برانگيخته = اتم+فوتون

با ادامه تشعشع پمپ تعداد اتمهای برانگيخته بيشتر از اتمهای با انرژی کم ميشود به اصطلاح وارونی جمعيت رخ می دهد طبق قانون جذب و صدور انرژی پلانک اتمهای برانگيخته توان نگهداری انرژی زيادتر را نداشته وبه تراز با انرژی کم بر ميگردند وانرژی اضافی را به صورت فوتون ازاد می کنند که به اين فرايند گسيل خودبخودی گفته می شود ولی از انجايی که پمپ اپتيکی
مرتب به اتمها فوتون می تاباند پديده ديگري زودتر اتفاق می افتد که به ان گسيل القايی-stimulated emission گفته می شود .وقتی يک فوتون به اتم برانگيخته بتابد ان را تحريک کرده و زودتر به حالت پايه خود بر می گرداند.

گسيل القايی: اتم+دو فوتون = اتم برانگيخته+ فوتون

اين فوتونها دوباره بعضی از اتمها را بر انگيخته ميکنند و واکنش زنجير وار تکرار می شود.
بخشی از نور ها درون کريستال به حرکت در می ايند که توسط مشددهای اپتيکی درون کريستال برگرداننده می شوند واين نورها در همان راستای نور اوليه هستد بتدرج با افزايش شدت نور لحظه ای می رسد که نور ليزر از جفتگر خروجی با روشنايی زياد بطور مستقيم خارج می شود .

http://robot.ir/blog/mollasadra/files/co2-laser.gif

ليزر CO2
ليزرهاي گازي نوع خاصي از ليزر است كه در آن گازي داخل يك لوله ي شفاف مثل لامپ مهتابي مي رود. عبور جريان از اين لوله باعث رفت و آمد ِ فوتون مي شود. اولين نوع ِ اين ليزرها هليم نئون بود. يعني همين ليزرهاي خانگي و مدارس. اين ليزر ِ ايمن توسط يك ايراني در مؤسسه ي بل به نام دكتر علي جوان اختراع شد. نوع ديگر ليزر ليزر CO2 است. البته در محفظه ي آن هليوم و مقداري نيتروژن هم هست. كاز نيتروژن انرژي ِ الكترودها را ذخيره مي كند. پس از برخورد مولكولهاي نيتروژن به مولكول CO2 اين انرژي انتقال مي يابد. مولكولهاي CO2 برانگيخته مي شوند. گاز هليوم به انتقال ِ انرژي كمك مي كند. همچنين كمك مي كند تا مولكولهاي دي اكسيد كربن زودتر به ترازهاي انرژي عادي يا حالت عادي خود برگردند. اين ليزرها بازده خوبي دارند.


نمايي از ليزر گازي دکتر علي جوان (مجله "Smithsonian" آوريل 1971)

http://robot.ir/blog/mollasadra/files/javanlaser.jpg

كاربردهاي ليزر :

تمام نگاري

http://robot.ir/blog/mollasadra/files/holographic.jpg

تمام نگاري ( هولوگرافي) يك تكنيك انقلابي است كه عكسبرداري سه بعدي (يعني كامل ) از يك جسم و يا يك صحنه را ممكن مي كند. اين تكنيك در سال 1948 توسط گابور ابداع شد ( در آن زمان به منظور بهتر كرده توان تفكيك ميكروسكوپ الكتروني پيشنهاد شد) و به صورت يك پيشنهاد عملي در آمدو اما قابليت واقعي اين تكنيك پس از اختراع ليزر نشان داده شد.
اساس تمام نگاري به اين صورت است كه باريكه ليزر بوسيله آينه كه قسمتي از نور را عبور مي دهد به دو باريكه ( بازتابيده و عبوري) تقسيم مي شوند. باريكه بازتابيده مستقيما به صفحه حساس به نور برخورد مي كند در حالي كه باريكه عبوري جسمي را كه بايد تمام نگاري شود روشن مي كند. به اين ترتيب قسمتي از نوري كه از جسم پراكنده شده هم روي صفحه حساس ( فيلم ) مي افتد. به علت همدوس بودن باريكه ها يك نقش تداخلي از تركيب دو باريكه روي صفحه تشكيل مي شود حالا اگر اين فيلم ظاهر شود و تحت بزرگنمايي كافي بررسي شود مي توان اين فريزهاي تداخلي را مشاهده كرد. فاصله بين دو فريز تاريك متوالي معمولا حدود 1 ميكرومتر است. اين نقش تداخلي پيچيده است و هنگامي كه صفحه را به وسيله چشم بررسي مي كنيم به نظر نمي رسد كه حامل تصوير مشابه با جسم اوليه باشد اما اين فريزهاي تداخلي در واقع حامل ضبط كاملي از جسم اوليه است.

حال فرض كنيد كه صفحه ظاهر شده را دوباره به محلي كه در معرض نور قرار داشت بازگردانيم و جسم تحت مطالعه را برداربم باريكه بازتابيده اكنون با فريزهاي روي صفحه برهمكنش مي كنند و دوباره در پشت صفحه يك باريكه پراشيده ايجاد مي كندبنابراين ناظري كه به صفحه نگاه مي كند جسم را در پشت صفحه مي بيند طوري كه انگار هنوز هم جسم در آنجاست.

يكي از جالبترين خصوصيات تمام نگاري اين است كه جسم بازسازي شده رفتار سه بعدي نشان مي دهد بنابراين با حركت دادن چشم از محل تماشا مي توان طرف ديگر جسم را مشاهده كرد. توجه كنيد كه براي ضبط تمام نگار بايد سه شرط اصلي را براورد: الف) درجه همدوسي نور ليزر بايد به اندازه كافي باشد تا فريزهاي تداخلي در روي صفحه تشكيل شود. ب) وضعيت نسبي جسم - صفحه و باريكه ليزر نبايد در هنگام تاباندن نور به صفحه كه حدود چند ثانيه طول مي شكد تغيير كند در واقع تغيير محل نسبي بايد كمتر از نصف طول موج ليزر باشد تا از درهم شدن نقش تداخلي جلوگيري كند. ج) قدرت تفكيك صفحه عكاسي بايد به اندازه كافي زياد باشد تا بتواند فريزهاي تداخلي را ضبط كند.
تمام نگاري به عنوان يك تكنيك ضبط و بازسازي تصوير سه بعدي بيشترين موفقيت را تاكنون در كاربردهاي هنري داشته است تا در كاربردهاي علمي . اما بر اساس تمام نگاري از يك تكنيك تداخل سنجي تمام نگاشتي در كاربردهاي علمي به عنوان وسيله اي براي ضبط و اندازه گيري واكنشها و ارتعاشات اجسام سه بعدي استفاده شده است.


اندازه گيري و بازرسي

خصوصيات جهتمندي درخشايي و تكفامي ليزر باعث كاربردهاي مفيد زيادي براي اندازه گيري و بازرسي در رشته مهندسي سازه و فرايندهاي صنعتي كنترل ابزار ماشيني شده است. در اين بخش تعيين فاصله بين دو نقطه و بررسي آلودگي را نيز مد نظر قرار مي دهيم

يكي از معمولترين استفاده هاي صنعتي ليزر هم محور كردن است. براي اينكه يك خط مرجع مستقيم براي هم محور كردن ماشين آلات در ساخت هواپيما و نيز در مهندسي سازه براي ساخت بناها پلها و يا تونلها داشته باشيم استفاده از جهتمندي ليزر سودمند است. در اين زمينه ليزر به خوبي جاي وسايل نوري مانند كليماتور و تلسكوپ را گرفته است. معمولا از يك ليزر هليم - نئون با توان كم استفاده مي شود و هم محور كردن عموما به كمك آشكارسازهاي حالت جامد به شكل ربع دايره اي انجام مي شود. محل برخورد باريكه ليزر روي گيرنده با مقدار جريان نوري روي هر ربع دايره معين مي شود. در نتيجه هم محور شدن بستگي به يك اندازه گيري الكتريكي دارد و در نتيجه نيازي به قضاوت بصري آزمايشگر نيست. در عمل دقت رديف شدن از حدود 5µm تا حدود 25µm به دست آمده است.

از ليزر براي اندازه گيري مسافت هم استفاده شده است. روش استفاده از ليزر بستگي به بزرگي طول مورد نظر دارد . براي مسافتهاي كوتاه تا 50 متر روشهاي تداخل سنجي به كار گرفته مي شوند كه در آن ها از يك ليزر هليم - نئون پايدار شده فركانسي به عنوان منبع نور استفاده مي شود. براي مسافتهاي متوسط تا حدود 1 كيلومتر روشهاي تله متري شامل مدوله سازي دامنه به كار گرفته مي شود. براي مسافت هاي طولاني تر مي توان زمان در راه بودن تپ نوري را كه از ليزر گسيل شده است و از جسمي بازتابيده مي شود اندازه گيري كرد.

در اندازه گيري تداخل سنجي مسافت از تداخل سنج مايكلسون استفاده مي شود. باريكه ليزر به وسيله يك تقسيم كننده نور به يك باريكه اندازه گيري و يك باريكه مرجع تقسيم مي شود باريكه مرجع با يك آينه ثابت بازتابيده مي شود در حالي كه باريكه اندازه گيري از آينه اي كه به جسم مورد اندازه گيري متصل شده است بازتاب پيدا مي كند. سپس دو باريكه بازتابيده مجددا با يكديگر تركيب مي شوند به طوري كه با هم تداخل مي كنند و دامنه تركيبي آن ها با يك آشكار ساز اندازه گيري مي شود. هنگامي كه محل جسم در جهت باريكه به اندازه نصف طول موج ليزر تغيير كند سيگنال تداخل از يك ماكزيموم به يك مينيموم مي رسد و سپس دوباره ماكزيموم مي شود. بنابراين يك سيستم الكترونيكي شمارش فريزها مي تواند اطلاعات مربوط به جابجايي جسم را به دست دهد. اين روش اندازه گيري معمولا در كارگاههاي ماشين تراش دقيق مورد استفاده قرار مي گيرد و امكان اندازه گيري طول با دقت يك در ميليون را مي دهد. بايد يادآوري كرد كه در اين روش فقط مي توان فاصله را نسبت به يك مبدا اندازه گيري كرد. برتري اين روش در سرعت دقت و انطباق با سيستم هاي كنترل خودكار است.

براي فاصله هاي بزرگتر از روش تله متري مدوله سازي دامنه استفاده مي شود و فاصله روي اختلاف فاز بين دو باريكه ليزر مدوله مي شود و فاصله از روي اختلاف فار بين دو باريكه گسيل شده و بازتابيده معين مي شود. باز هم دقت يك در ميليون است. از اين روش در مساحي زمين و نقشه كشي استفاده مي شود. براي فواصل طولاني تر از 1 كيلومتر فاصله با اندازه گيري زمان پرواز يك تپ كوتاه ليزري گسيل شده از ليزر ياقوت و يا ليزر CO2 انجام مي گيرد. اين كاربردها اغلب اهميت نظامي دارند و در بخشي جداگانه بحث خواهد شد كاربردهاي غير نظامي مانند اندازه گيري فاصله بين ماه و زمين با دقتي حدود 20 سانتي متر و تعيين برد ماهواره ها هم قابل ذكر است.

درجه بالاي تكفامي ليزر امكان استفاده از آن را براي اندازه گيري سرعت مايعات و جامدات به روش سرعت سنجي دوپلري فراهم مي سازد. در مورد مايعات مي توان باريكه ليزر را به مايع تابانده و سپس نور پراكنده شده از آن را بررسي كرد. چون مايع روان است فركانس نور پراكنده شده به خاطر اثر دوپلر كمي با فركانس نور فرودي تفاوت دارد. اين تغيير فركانس متناسب با سرعت مايع است. بنابراين با مشاهده سيگنال زنش بين دو پرتو نور پراكنده شده و نور فرودي در يك آشكار ساز مي توان سرعت مايع را اندازه گيري بدون تماس انجام مي شود. و نيز به خاطر تكفامي بالاي نور ليزر براي برد وسيعي از سرعتها خيلي دقيق است.

يكي از سرعت سنجهاي خاص ليزر اندازه گيري سرعت زاويه اي است. وسيله اي كه براي اين منظور طراحي شده است ژيروسكوپ ليزريناميده مي شود و شامل ليزري است كه كاواك آن به شكل حلقه اي است كه از سه آينه به جاي دو آينه معمول استفاده مي شود. اين ليزر مي تواند نوسان مربوط به انتشار نور را هم در جهت عقربه ساعت و هم در خلاف آن به دور حلقه تامين كند. فركانسهاي تشديدي مربوط به هر دو جهت انتشار را مي توان با استفاده از اين شرط كه طول تشديد كننده ( حلقه اي ) برابر مضرب صحيحي از طول موج باشد به دست آورد. اگر حلقه در حال چرخش باشد در مدت زماني كه لازم است نور يك دور كامل بزند زاويه آينه هاي تشديد كننده به اندازه يك مقدار خيلي كوچك ولي محدود حركت خواهد كرد. طول موثر براي باريكه اي در همان جهت چرخش تشديد كننده مي چرخد كمي بيشتر از باريكه اي است كه در جهت عكس مي چرخد. در نتيجه فركانس هاي دو باريكه اي كه در خلاف جهت يكديگر مي چرخند كمي تفاوت دارد و اختلاف اين فركانسهاي متناسب با سرعت زاويه اي تشديد كننده است . با ايجاد تپش بين دو باريكه مي توان سرعت زاويه اي را اندازه گيري كرد. ژيروسكوپ ليزري امكان اندازه گيري با دقتي را فراهم مي كند كه قابل مقايسه با دقت پيچيده ترين و گرانترين ژيروسكوپ هاي معمولي است.

كاربرد مصرفي ديگر و يا به عبارت بهتر كاربرد مصرفي واقعي عبارت از ديسك ويدئويي و ديسك صوتي است. يك ديسك ويدئو حامل يك برنامه ويدئويي ضبط شده است كه مي توان آن را بر روي دستگاه تلويزيون معمولي نمايش داد. سازندگان ديسك ويدئويي اطلاعات را با استفاده از يك سابنده روي آن ضبط مي كنند كه اين اطلاعات به وسيله ليزر خوانده مي شود. يك روش معمول ضبط شامل برشهاي شياري با طول ها و فاصله هاي مختلف است عمق اين شيارها 4/1 طول موج ليزري است كه از آن در فرايند خواندن استفاده مي شود. در موقع خواندن باريكه ليزر طوري كانوني مي شود كه فقط بر روي يك شيار بيفتد. هنگامي كه شيار در مسير لكه باريكه ليزر واقغ شود بازتاب به خاطر تداخل ويرانگر بين نور بازتابيده از ديوارهاي شيار و به آن كاهش پيدا مي كند. به عكس نبودن شيار باعث يك بازتاب قوي مي شود. بدين طريق مي توان اطلاعات تلويزيوني را به صورت رقمي ضبط كرد.

كاربرد ديگر ليزرها نوشتن و خواندن اطلاعات در حافظه نوري در كامپيوترهاست لطف اي حافظه نوري هم در توان دسترسي به چگالي اطلاعات حدود مرتبه طول موج است. تكنيك ضبط عبارت است از ايجاد سوراخ هاي كوچكي در يك ماده مات يا نوعي تغيير خصوصيت عبور و بازتاب ماده زير لايه كه با استفاده از ليزرهاي با توان كافي حاصل مي شود. و حتي مي تواند فيلم عكاسي باشد. اما هيچ يك از اين زير لايه ها را نمي توان پاك كرد. حلقه هاي قابل پاك كردن بر اساس گرما مغناطيسي فروالكتريك و فوتوكروميك ساخته شده اند. همچنين حافظه هاي نوري با استفاده از تكنيك تمام نگاري نيز طراحي شده اند. نتيجتا اگر چه از لحاظ فني امكان ساخت حافظه هاي نوري به وجود آمده است ولي ارزش اقتصادي آن ها هنوز جاي بحث دارد.

آخرين كاربردي كه در اين بخش اشاره مي كنيم گرافيك ليزري است. در اين تكنيك ابتدا باريكه ليزر بوسيله يك سيستم مناسب روبشگر بر روي يك صفحه حساس به نور كانوني مي شود و در حالي كه شدت ليزر به طور همزمان با روبش از نظر دامنه مدوله مي شود به طوري كه بتوان آن را بوسيله كامپيوتر توليد كرد.( مانند سيستم هاي چاپ كامپيوتري بدون تماس ) و يا آنها را به صورت سيگنال الكتريكي از يك ايستگاه دور دريافت كرد( مانند پست تصويري). در مورد اخير مي توان سيگنال را به وسيله يك يك سيستم خواننده مناسب با كمك ليزر توليد كرد. وسيله خواندن در ايستگاه دور شامل ليزر با توان كم است كه باريكه كانوني شده آن صفحه اي را كه بايد خوانده شود مي روبد. يك آشكارساز نوري باريكه پراكنده از نواحي تاريك و روشن روي صفحه را كنترل مي كند و آن را به سيگنال الكتريكي تبديل مي كند. سيستم هاي ليزري رونوشت اكنون به طور وسيعي توسط بسياري از ناشران روزنامه ها براي انتقال رونوشت صفحات روزنامه به كار برده مي شود.


ارتباط نوري

استفاده از باريكه ليزر براي ارتباط در جو به خاطر دو مزيت مهم اشتياق زيادي برانگيخت :

الف) اولين علت دسترسي به پهناي نوار نوساني بزرگ ليزر است. زيرا مقدار اطلاعات قابل انتقال روي يك موج حامل متناسب با پهناي نوار آن است. فركانس موج حامل از ناحيه ميكروموج بخ ناحيه نور مرئي به اندازه 104 برابر افزايش مي يابد و در نتيجه امكان استفاده از يك پهناي بزرگتر را به ما مي دهد.

ب) علت دوم طول موج كوتاه تابش است. چون طول موج ليزر نوعا حدود 104 مرتبه كوچكتر از امواج ميكرو موج است با قطر روزنه يكسان D واگرايي امواج نوري به اندازه 104 مرتبه نسبت به واگرايي امواج ميكرو موج كوچكتر است. بنابراين براي دستيابي به اين واگرايي آنتن يك سيستم اپتيكي مي تواند به مراتب كوچكتر باشد. اما اين دو امتياز مهم با اين واقعيت خنثي مي شوند كه باريكه نوري تحت شرايط ديد ضعيف در جو به شدت تضعيف مي شود. در نتيجه استفاده از ليزرها در ارتباطات فضاي باز ( هدايت نشده ) فقط در مورد اين موارد توسعه يافته اند :

الف) ارتباطات فضايي بين دو ماهواره و يا بين يك ماهواره و يك ايستگاه زميني كه در يك شرايط جوي مطلوب قرار گرفته است. ليزرهايي كه در اين مورد استفاده مي شوند عبارتند از :

Nd:YAG ( با آهنگ انتقال 109 بيت در ثانيه ) و يا CO2 با آهنگ انتقال 3*108 بيت در ثانيه ). گرچه CO2 نسبت به Nd: YAG داراي بازدهي بالاتري است و لي داراي اين اشكال است كه نياز به سيستم آشكارسازي پيچيده تري دارد و طول موج آن هم به اندازه 10 مرتبه بزرگتر از طول موج Nd : YAG است.

ب) ارتباطات بين دو نقطه در يك مسافت كوتاه مثلا انتقال اطلاعات درون يك ساختمان. براي اين منظور از ليزرهاي نيمرسانا استفاده مي شود.

اما زمينه اصلي مورد توجه در ارتباطات نوري مبتني بر انتقال از طريق تارهاي نوري است. انتقال هدايت شده نور در تارهاي نوري پديده اي است كه از سالها پيش شناخته شده است اما تارهاي نوري اوليه فقط در مسافت هاي خيلي كوتاه مورد استفاده قرار مي گرفتند مثلا كاربرد متعارف آن ها در وسايل پزشكي براي اندوسكوپي است. بنابراين در اواخر سال 1960 تضعيف در بهترين شيشه هاي نوري در حدود 1000 دسي بل بر كيلومتر بود. از آن زمان پيشرفت تكنيكي شيشه و كوارتز باعث تغيير شگفت انگيز در اين عدد شده است به طوري كه اين تضعيف براي كوارتز به 5/0 دسي بل بر كيلومتر رسيده است. اين تضعيف فوق العاده كوچك آينده مهمي را براي كاربرد تارهاي نوري در ارتباطات راه دور نويد مي دهد

سيستم ارتباطات تارهاي نوري نوعا شامل يك چشمه نور يك جفت كننده نوري مناسب براي تزريق نور به تارها و درانتها يك فوتوديود است كه باز هم به تار متصل شده است. تكرار كننده شامل يك گيرنده و يك گسيلنده جديد است. چشمه نور سيستم اغلب ليزرهاي نيمرساناي نا هم پيوندي دوگانه است. اخيرا طول عمر اين ليزرها تا حدود 106 ساعت رسيده است. گرچه تا كنون اغلب از ليزر گاليم ارسنيد GaAs استفاده شده است ولي روش بهتر استفاده از ليزرهاي نا هم پيوندي است كه در آنها لايه فعال تركيبي از آلياژ چهارگانه به صورت In1-x Gax Asy P1-y است. در اين حالت لبه هاي P ,n پيوندگاه از تركيب دوگانه InP تشكيل شده است و با استفاده از تركيب y=2v2x مي توان ترتيبي داد كه چهار آلياژ چهارگانه شبكه اي كه با InP جور شود با انتخاب صحيح x طول موج تابش را طوري تنظيم كرد كه در اطراف µm 3/1 و يا اطراف 6/1 µm واقع شود كه به ترتيب مربوط به دو مينيموم جذب در تار كوارتز هستند. بسته به قطر d هسته مركزي تار ممكن است از نوع تك مدباشد براي آهنگ انتقال متداول فعلي حدود 50 مگابيت در ثانيه معمولا از تارهاي چند مدي استفاده مي شود. براي آهنگ انتقال هاي بيشتر تارهاي تك مدي مناسبتر به نظر مي رسند. گيرنده معمولا يك فوتوديود بهمني است اگر چه ممكن است از يك ديود PIN و يك ديود تقويت كننده حالت جامد مناسب نيز استفاده كرد.


ليزر در فيزيك و شيمي

اختراع ليزر و تكامل آن وابسته به معلومات پايه اي است كه در درجه اول از رشته فيزيك و بعد از شيمي گرفته شده اند. بنابراين طبيعي است كه استفاده از ليزر در فيزيك و شيمي از اولين كاربردهاي ليزر باشند

رشته ديگري كه در آن ليزر نه تنها امكانات موجود را افزايش داده بلكه مفاهيم كاملا جديدي را عرضه كرده است طيف نمايي است. اكنون با بعضي از ليزرها مي توان پهناي خط نوساني را تا چند ده كيلوهرتز باريك كرد ( هم در ناحيه مرئي و هم در ناحيه فروسرخ ) و با اين كار اندازه گيري هاي مربوط به طيف نمايي با توان تفكيك چند مرتبه بزرگي ( 3 تا 6) بالاتر از روش هاي معمولي طيف نمايي امكان پذير مي شوند. ليزر همچنين باعث ابداع رشته جديد طيف نمايي غير خطي شد كه در آن تفكيك طيف نمايي خيلي بالاتر از حدي است كه معمولا با اثرهاي پهن شدگي دوپلر اعمال مي شود. اين عمل منجر به بررسيهاي دقيقتري از خصوصيات ماده شده است.

در زمينه شيمي از ليزر هم براي تشخيص و هم براي ايجاد تغييرات شيميايي برگشت ناپذير استفاده شده است. ( فوتو شيمي ليزري) به ويژه در فون تشخيص بايد از روش هاي (پراكندگي تشديدي رامان ) و ( پراكندگي پاد استوكس همدوس رامان ) (CARS) نام ببريم. به وسيله اين روشها مي توان اطلاعات قابل ملاحظه اي درباره خصوصيات مولكولهاي چند اتمي به دست آورد ( يعني فركانس ارتعاشي فعال رامن - ثابتهاي چرخشي و ناهماهنگ بودن فركانس). روش CARS همچنين براي اندازه گيري غلظت و دماي يك نمونه مولكولي در يك ناحيه محدود از فضا به كار مي رود. از اين توانايي براي بررسي جزئيات فرايند احتراق شعله و پلاسما ( تخليه الكتريكي) بهره برداري شده است.

شايد جالبتري كاربرد شيميايي ( دست كم بالقوه ) ليزر در زيمنه فوتو شيمي باشد. اما بايد در نظر داشته باشيم به خاطر بهاي زياد فوتونهاي ليزري بهره برداري تجاري از فوتوشيمي ليزري تنها هنگامي موجه است كه ارزش محصول نهايي خيلي زياد باشد. يكي از اين موارد جداسازي ايزوتوپها است.
Babak_King
01-03-2006, 09:11 AM
http://robot.ir/blog/mollasadra/files/top_ebbi.jpg

ابيراهي، عبارت است از انحراف پرتوهاي نوري در يك دستگاه اپتيكي. ابيراهي به دو نوع «تك رنگ» و «رنگي» تقسيم مي شود.
1_ ابيراهي تك رنگ: اين نوع ابيراهي، به طول موج پرتو نوري وابستگي نداشته و به تاري، بوجود آمدن هاله در اطراف تصوير، اعوجاج تصوير و عدم يكنواختي وضوح تصوير در نقاط مختلف، منجر مي شود.
ابيراهي كروي: اين نوع ابيراهي در اثر كانوني شدن پرتوهاي دور از محور در نقاط نزديكتر به عدسي، و پرتوهاي نزديك به محور در نقاط دورتر از عدسي، بوجود


http://robot.ir/blog/mollasadra/files/2nd_ebbi1.gif


مي آيد. دليل اين امر، آن است كه مسير پرتو نوري كه از نقطه S در شكل زير به سطح كروي رسيده و سپس به نقطه P شكست مي يابد، از رابطه زير، برابر با

http://robot.ir/blog/mollasadra/files/formul1_abb.PNG

http://robot.ir/blog/mollasadra/files/3rd_ebbi.jpg

كلي دسته اي از پرتوهاي موازي كه با فاصله ثابتي از مركز عدسي بر روي پرده كانوني مي شوند، به صورت يك حلقه كه «دايره كما» نام دارد، بر روي پرده ، نصوير تشكيل مي دهند.

http://robot.ir/blog/mollasadra/files/4th_ebbi.gif


مجموعه اين «دايره ها» ، يك دنباله V شكل (دنباله دار شكل) را تشكيل مي دهند. در حقيقت، كما ناشي از تفاوت بزرگنمايي هاي مناطق مختلف يك عدسي است.

آستيگماتيسم:


http://robot.ir/blog/mollasadra/files/5th_ebbi.gif


براي نقطه روي محور ( وقتي كه عدسي فاقد ساير ابيراهي هاست) جبهه موج خارج شده از عدسي كروي بوده و بنا براين وقتي كه جبهه موج پيش مي رود، در يك تك نقطه همگرا مي شود. ولي وقتي كه شي نقطه اي محوري نيست، جبهه موجي كه خارج مي شود، كروي نيست و در نتيجه جبهه موجي كه همگرا مي شود، در يك نقطه كانوني نمي شود، بلكه روي دو خط كانوني مي شود كه بر يكديگر عمودند و خطوط كانوني «مماسي» (T در شكل) و «پيكاني» (S در شكل ) ناميده مي شوند. شكل تصوير در جايي بين دو خط كانوني مماسي و پيكاني قرار دارد و «دايره با كمترين اغتشاش (عدم وضوح)» ناميده مي شود.

پيچش ميدان:


http://robot.ir/blog/mollasadra/files/6th_ebbi.jpg


فاصله بين كانونهاي مماسي و پيكاني با دور شدن شيء نقطه*اي از محور افزايش مي*يابد. بنابراين، كانون*هاي مماسي و پيكاني نقاطي كه در فاصله*هاي مختلف از محور واقع*اند، مطابق شكل بر دو سطح قرار دارند.

وقتي دستگاه نوري بدون آستيگماتيسم ناميده مي*شود كه دو سطح بر هم منطبق باشند. ولي حتي وقتي كه دو سطح بر هم منطبق هستند فوري مي*توان ديد كه سطح تصوير نتيجه شده انحناء خواهد داشت. اين نقص تصوير «انحناي ميدان» ناميده مي*شود. به عنوان مثالي از تشكيل تصوير در هنگامي كه آستيگماتيسم وجود دارد، چرخ پرّه داری را مطابق شكل «الف» هم*محور با محور عدسي در نظر مي*گيريم. چون تصوير چشمة نقطه*اي در سطح T خطی عمود بر صفحة نصف*النهاري است، در سطح T، حاشيه چرخ به طور كامل واضح خواهد بود، در حالي كه پرّه*ها مانند شكل (ب) واضح نيستند. به همين ترتيب، چون تصوير شيء نقطه*اي در صفحه S خطي واقع در صفحه نصف*النهاري است، مطابق شكل (ج) پرّه*ها واضح*اند، ولي حاشيه واضح نخواهد بود.

http://robot.ir/blog/mollasadra/files/7th_ebbi.jpg



واپيچش

آخرين ابيراهيهاي سايدل[1]، واپيچش ناميده مي*شود و علّت آن يكنواخت نبودن بزرگنمايي دستگاه است. وقتي كه درباره ابيراهي كروي بحث مي*كرديم، يادآور شديم كه براي شيء نقطه*اي واقع بر محور دستگاه نوري تصوير فقط داراي ابيراهي كروي است. به همين ترتيب، اگر روزنه*اي واقع بر محور در هر صفحه*اي از دستگاه نوري داشته باشيم، تصوير تنها داراي واپيچش خواهد بود(شكل زير). علت

http://robot.ir/blog/mollasadra/files/8th_ebbi.jpg

اين امر از آنجا ناشي مي*شود كه متناظر با هر نقطه در صفحه تصوير، فقط يكي از پرتوهاي خارج شده از اين نقطه از روزنه مي*گذرد، در نتيجه، ابيراهيهاي ديگري وجود ندارند. واضح است كه در مورد چنين هيأتي، تصوير هر نقطه يك نقطه خواهد بود، ولي اگر بزرگنمايي دستگاه يكنواخت نباشد، تصوير واپيچيده خواهد بود. اين امر را با در نظر گرفتن طرز تشكيل چهار نقطه هم*فاصله A، B، C و D كه تصويرهاي آنها به ترتيب ، ، و هستند، مي*توان توضيح داد. تحليل رياضي نشان مي*دهد كه:

http://robot.ir/blog/mollasadra/files/furm3_abb.PNG


عدسي از آن ساخته شده است، بوجود مي آيد. از آنجا كه فاصله كانوني


http://robot.ir/blog/mollasadra/files/9th_ebbi.PNG


عدسي، با تغييرات n تغيير مي كند، طول موجهاي مختلف نور ورودي در مكانهاي مختلفي كانوني مي گردند. اين ابيراهي با هاله اي رنگي كه در اطراف تصوير تشكيل شده، مشخص مي شود. اين ابيراهي با استفاده از يك سيستم دوتايي عدسي (Achromatic doublet)، كه در آن از دو ماده متفاوت با پاشندگي هاي مختلف، كه با هم تشكيل يك عدسي را مي دهند، قابل تخفيف است. اين راهكار، مي تواند ابيراهي را در بازه معيني از طول موج، كاهش دهد؛ اما منجر به حذف كامل آن نخواهد شد.
استفاده از اين «دوتايي رنگي » نقش مهمي در گسترش و پيشرفت «ميكروسكوپ» داشته اشت.

http://robot.ir/blog/mollasadra/files/10th_ebbi.PNG
----------------------------------------
[1] اين مطالب اولين بار در سال 1129/1850 توسط فون سايدل (1896-1820 برابر 1275-1200) به تفصيل مورد بررسي قرار گرفت. از اينرو بارها از آن*ها به عنوان ابيراهي*هاي ”سايدل“ سخن رفته است.

ابيراهي = Aberration

mozhgan
03-04-2006, 10:41 AM
رنگین کمان Rainbow * رنگین کمان جلوه شگفت آوری از طبیعت است که موقع بارش نم نم و یا پس از بارندگی دیده می*شود. در قدیم مردم خرافی رنگین کمان را نشانی از شور بختی می*پنداشتند. و خیال می*کردند، رنگین کمان پلی است برای بالا رفتن ارواح و زمانی که آنرا می*دیدند گمان می*کردند شخصی در آستانه مرگ است.ا ین منظره زیبا از شکستن نوری که از میان قطرات باران گذشته است، پدید می*آید. در اینجا قطرات باران هر کدام نقش منشوری را دارند. که نور خورشید را تجزیه و بازتاب می کند و باعث تفکیک رنگها بصورت مرتب و شکل هندسی زیبایی می*شوند.می*دانیم که نور سفید ترکیبی از هفت رنگ است که بوسیله منشور و ... تجزیه می*شود، همان طوری که در منشور ، نوری که کمترین طول موج را دارد (بنفش) بیشتر منحرف می*شود، لذا رنگ بنفش با حداکثر انحراف در پایین طیف قرار می گیرد و رنگ قرمز که بیشترین طول موج را دارد، در بالای کمان دیده می*شود. ترتیب رنگها بصورت زیر است:

قرمز ، نارنجی ، زرد ، سبز ، آبی ، نیلی ، بنفش.طیف به گونه ای می باشد که نمی توان مرز بین دو ناحیه رنگی را مشخص کرد. در ترتیب رنگی فوق ضریب شکست و زاویه انحراف رفته رفته زیادتر شده و طول موج بتدریج کاهش می*یابد.
چه موقع رنگین کمان دیده می*شود؟
* اغلب رنگین کمان موقعی دیده می شود که هم باران می*بارد، و نیز از سوی دیگر خورشید می*تابد و ما نیز بین این دو قرار گرفته*ایم. یعنی خورشید باید از پشت سر ما بتابد و باران هم در جلوی روی ما ببارد. در این حالت نور خورشید از پشت سر ما به قطرات باران می*رسد، این قطرات نور را تجزیه کرده و آنرا به شکل نوارهای رنگین درمی*آورند (تجزیه نور).

* برای وقوع این پدیده ، خورشید ، چشم ناظر و وسط قوس رنگین کمان باید هر سه در یک امتداد مستقیم قرار گرفته باشند. پس اگر خورشید در آسمان خیلی بالا باشد، هرگز چنین خط مستقیمی درست نمی*شود، از اینرو رنگین کمان را تنها در صبح زود و یا موقع عصر می*توان دید.
نکته جالب توجه در مورد رنگین کمان این است که یک قطبشگر آن را نامرئی می*کند. مثلا زمانی که با یک فیلتر قرمز رنگ نور به رنگین کمان نگاه کنیم، فقط زمینه*ای قرمز رنگ خواهیم دید. علت این امر این است که فقط نور به رنگ قرمز از پولاروید عبور می*کند و سایر رنگها جذب آن می*شوند.
موضوع جالب توجه دیگر ، این است که اگر دو نفر کنار هم ایستاده باشند، یک رنگین کمان واحد را نخواهند دید. این قوس هفت رنگ ، کمان دایره*ای می*باشد، که سایه سر ناظر مرکز آن دایره است. پس بسته به جای هر فرد و فاصله او تا قطرات باران ، کمانهای متفاوتی خواهیم داشت و هر کس رنگین کمان مخصوص خودش را خواهد دید.

tanha.bikas
04-22-2006, 12:08 AM
اميدوارم خوشتون بياد

منبع:www.roshd.ir

tanha.bikas
04-22-2006, 12:10 AM
مقدمه
بدون شک همه ما هر روز با آینه سر و کار داریم و از آن استفاده می*کنیم. اما آیا تا کنون از خود پرسیده*ایم که آینه چگونه بوجود آمده است؟! چگونه به تکامل رسیده است؟! و چه نقشی را در زندگی و دنیای پیشرفته امروزی بازی می*کند؟! احتمال اینکه اولین آینه ، آبگیرها بوده باشند بسیار قوی است و در واقع واژه "آبگینه" یا "آب گونه" شاید از چنین خاستگاهی بوجود آمده باشد.
تاریخچه
کاوشهای باستان شناسان مبین این نکته جالب است که آینه*های شخصی و ساده بیش از 50 قرن قدمت دارند و در دورانهای گذشته از ارزشی اغراق آمیز برخوردار بوده*اند. زمانی در آسیای صغیر آینه را از جنس برنز و مس مفرغ می*ساختند و آن را صیقل داده و با دسته*های پر نقش و نگار عرضه می*کردند و به تدریج آینه*های فولادی به علت قابلیت صیقل یافتن بیشتر و شفافیت بیشتر ، نسبت به برنز و مس و مفرغ ، جایگزین آینه*های قدیمی*تر شدند، تا اینکه تحول اساسی در صنعت تولید آینه بوجود آمد. در قرن 12 میلادی کاربرد شیشه در تولید آینه کشف شد و اولین آینه*های شیشه*ای که با ورقه*هایی پوشیده از سرب به بازار عرضه می*شدند بوجود آمدند.

مدتی بعد ماهیت سمی بودن سرب آشکار گردید و به همین دلیل استفاده از مخلوط جیوه و قلع بجای سرب آغاز شد. این تغییر و تحولات باعث شدند که ونیز که در آن زمان محل تولید اینگونه آینه*ها بود به یک قطب اقتصادی تبدیل شود. با وجود این ، اختراع و تولید آینه را نباید جزو نیازهای اولیه و تنها در حد یک ابزار شخصی تصور کنیم، امروزه کاربردهای علمی آینه*ها بسیار بیشتر از کاربردهای اولیه و ظاهری آنها هستند.

داشنمندان از مدتها قبل خواص آینه*های تخت و کوژ و کاو (محدب و مقعر) را می*شناختند و حتی با استفاده از آنها برای متمرکز کردن نور آفتاب وسایلی را برای به آتش کشیدن اجسام اختراع کرده بودند. حتی در این مورد افسانه*ای وجود دارد که می*گویند ارشمیدس دانشمند معروف قرن سوم قبل از میلاد بوسیله شبکه*ای از اینگونه آینه*ها ، کشتیهای بادبانی مهاجمان رومی را به آتش می*کشیده است، تا اینکه فرمانروای روم سرانجام در شب موفق به تسخیر شهر "سیراکوز" می*گرددhttp://daneshnameh.roshd.ir/mavara/img/daneshnameh_up/0/0c/Virtual-Image-Mirror.jpg
تصویر در آینه*ها
آینه*ها سطوح بازتابنده هستند که تصویر جسم نورانی قرار گرفته در جلوی خودشان را نشان می*دهند، بسته به فاصله جسم از آینه مشخصات تصویر (مکان - وارونگی - برگردان جانبی - بزرگی) ممکن است متفاوت باشد. این وسیله نوری از دیر باز در زندگی بشر نقش عمده*ای داشته و استفاده*های فراوانی از آن به عمل آمده است. در طبیعت شکل گیری تصویر در آب یا در شیشه*های پنجره و یا سطوح بازتابان فلزی و پدیده*هایی از این قبیل به وفور وجود دارند. بر حسب نوع کاربرد و چگونگی شکل گیری تصویر و مشخصات آن به دو دسته عمده تقسیم شده*اند:

آینه*های تخت
آینه*هایی هستند که در منازل وجود دارد و از جسم نورانی تصویری مستقیم و مجازی و برگردان تشکیل می*دهند، طوری که سمت راست جسم برای تصویر سمت چپ به حساب می*آید و برعکس که در اکثر سیستمهای نوری ساده کاربرد فراوان دارند. در کارهای عادی و مصارف عمومی از این آینه استفاده می*شود. به لحاظ هزینه پایین و تولید راحت و انبوه سازی و سادگی مکانیزم توسعه فراوانی دارد.

در منازل ، باشگاهها و مغازه*ها و دکوراسیون در آینه کاری و معماری و در بتینه کاری و تزئینات ساختمان کاربرد فراوان دارند. از قدیم الایام به صورتهای طبیعی یافت می*شدند، که با پیشرفت علم و صنعت با کیفیتهای بالاتر نیز به بازار عرضه شد که حتی در برخی سیستمهای اپتیکی نیز بکار گرفته*اند.

موارد استفاده آینه*های تخت
امروزه بهره وری این آینه*ها را بالا برده*اند و آینه*هایی با ضریب بازتابش بسیار بالایی هم ساخته*اند. در سیستمهای نوری و برخی دستگاههای حساس نوری از جمله لیزرها از این آینه*ها استفاده می*شود، آینه*های شیشه*ای نیم بازتابان نیز از این نوعند.
انواع آینه*های تخت
آینه*های شیشه*ای: که بر حسب نوع کیفیت و صیقل بودن شیشه و مواد اندود کننده دارای کیفیت متفاوتی می*باشند.
آینه*های فلزی: آینه*های فلزی را بیشتر از نوع تخت می*سازند و در دندانپزشکی و قطعات ریز اپتیکی کاربرد دارند.
آینه*های لایه گذاری شده: آینه*ای با چند لایه اندود جهت بالا بردن ضریب بازتابش و اصلاح آینه*ها شیشه*ای و جلوگیری کامل از شبح نوری ساخته شده*اند.
آینه*های کروی
این آینه*ها به دو دسته عمده آینه*های محدب و آینه*های مقعر تقسیم می*شوند. این آینه*ها از لحاظ همگرایی و واگرایی پرتوهای نوری و شکل گیری تصویر و بزرگنمایی و وارونگی و سایر مشخصات تصویر کاربردهای ویژه*ای در سیستمهای نوری دارند.
آینه شلجمی
در چراغهای اتومبیلها و برخی سیستمهای موازی ساز نورها بکار می*روند، که شکلی شبیه آینه*های کروی اما متفاوت از آنها دارند.

آینه*های توان بالا
نوعی آینه*های چند لایه*ای هستند که در سیستمهای بازتاب کامل نور و نیز در سیستمهای لیزری و برخی طیف سنجها و محاسبات دقیق و حساس نوری کاربرد دارند.
http://daneshnameh.roshd.ir/mavara/img/daneshnameh_up/9/90/spherical_aberration.JPG
تقسیمات آینه*ها
آینه*ها را بر حسب جنس مواد سازنده و نحوه کارشان به چند دسته عمده بصورت زیر نیز تقسیم بندی می*کنند که اسامی آنها گویای چگونگی ساخت آنها نیز می*باشد.

آینه*های شیشه*ای
این آینه*ها از جنس شیشه بوده که پشت آن به توسط مواد باز تابنده اندود شده است و به لحاظ هزینه پایین و مکانیزم ساده کاربرد وسیعی دارند، معمولا سطوح این آینه*ها به توسط جیوه (Hg) و نقره (Ag) و آلومینیوم (Al) اندود می*شود. البته یک لایه رنگ هم روی فلز زده می*شود که از آن محافظت نماید.

آینه*های فلزی
یک نوع آینه*های فلزی همان آینه*ای شیشه*ای اندود فلزی شده هستند، نوع دوم که بیشتر مد نظر ماست جهت جلوگیری از شبح نوری که از تداخل دو بازتاب لایه خارجی و داخلی آینه ایجاد می*شود و وضوح تصویر را پایین می*آورد. آینه*های تک لایه*ای فلزی هستند، که فلزات با سطوح صیقل یافته ساخته می*شود که مشهورترینشان آینه آلومینیومی یا آینه استیل و ... که توان بازتابی خوبی دارند و در دستگاههای اپتیکی هم جواب خوبی می*دهند.

آینه*های مایع
یک آینه دیگر با سمت گیری بسیار ویژه ، آینه*ای است که از سطح یک مایع تشکیل می*یابد. برای مثال ، از یک تشت پر از جیوه و یک باریکه لیزر برای تعیین امتداد قائم یک محل استفاده می*شود و به منزله یک شاقول اپتیکی دقیق مورد استفاده قرار می*گیرد. برای همین مقصود ، می*توان حتی از مایعاتی که قدرت بازتابی کمتری دارند ولی سمی نیستند، استفاده کرد.

tanha.bikas
04-22-2006, 12:11 AM
در سیستم*های نوری هر انحرافی از تصویر کامل تحت عنوان ابیراهی مطرح می*شود که این انحراف برای نور تک*رنگ شامل ابیراهی کروی ، ابیراهی کما ، انحنای میدان ، اعوجاج و آستیگماتیسم می*باشد. نور مرکب علاوه بر ابیراهیهای مذکور ابیراهی رنگی نیز خواهد داشت.


دید کلی
در سیستم*های نوری مرکزدار و عدسی*ها چنین فرض می*شود که در تمام حالات از طرف جسم دسته باریکی اشعه که شعاع اصلی آن عمود بر سطح عدسی باشد، می*تابد. همچنین ، جسم کوچک ، عمود بر محور اصلی و نور تابشی تک*رنگ فرض می*شود، ولی در عمل شرایط فوق موجود نیست، در نتیجه تصویری که توسط دستگاهی ، از یک جسم حاصل می*شود، با تصویر نظری یکسان نمی*باشد، یعنی در نتیجه عدم رعایت تقریب گاوس و بکار نبردن نور تک*رنگ معایبی در تصویر حاصل می*شود و هر انحرافی از تصویر کامل تحت عنوان ابیراهی مطرح می*شود.

انواع ابیراهی
ابیراهی رنگی
هر جا که تغییر ضریب شکست یا رنگ نور به حساب بیاید، ابیراهی رنگی مطرح می*شود، زیرا ضریب شکست مواد شفاف با رنگ نور تغییر می*کند. عدسی از جسم ، تنها یک تصویر نمی*دهد بلکه از آن یک سری تصویر (به ازای هر رنگ موجود در دسته شعاع یک تصویر) تشکیل می*دهد. مشابهت عدسی با منشور که در لبه*های آن مشهودتر است، موجب پاشندگی نور می*گردد. بزرگنمایی جانبی هم به دنبال تغییر فاصله کانونی با رنگ تغییر می*کند. خود ابیراهی رنگی به دو نوع ابیراهی رنگی محوری یا طولی و ابیراهی جانبی یا عرضی تقسیم می*شود.

ابیراهی تکفام
انحراف هر شعاع از مسیر تعیین شده (ابیراهی آن) بوسیله فرمول گاوس برحسب پنج حاصل*جمع موسوم به جمع*های سیدل بیان می*شود. اگر تصویر حاصل بدون عیب می*بود، تمام این حاصل*جمع*ها صفر می*شد، اما هیچ دستگاه نوری نمی*توان ساخت که در آن تمام این شرایط را یکجا داشته باشیم. صفر شدن هر یک از این جمله*ها متناظر با نبودن ابیراهی معینی است. این ابیراهی*ها که برای هر رنگ و ضریب شکست خاصی وجود دارد، تحت عنوان ابیراهی نور تکفام مطرح می*شوند.

انواع ابیراهی نور تکفام
ابیراهی کروی
هرگاه دهانه عدسی*های کروی بیش از حد مجاز در تقریب گاوس باشد، تصاویر حاصل معایبی از خود نشان می*دهند که ناشی از یکسان نبودن بزرگنمایی در مرکز و لبه عدسی می*باشد. این عیب و تغییر شکل تصاویر ، به نام ابیراهی کروی در عدسی خوانده می*شود که تحت این شرایط میان کانون پرتو پیرامحوری و کانون پرتو کناری سطحی به عنوان سطح کمترین تاری ایجاد می*شود. خود ابیراهی کروی به دو نوع ابیراهی طولی کروی ، ابیراهی جانبی کروی تقسیم می*شود.

ابیراهی کما
اگر نقطه نورانی خارج از محور اصلی عدسی باشد و یک دسته اشعه با زاویه بزرگ به عدسی فرستاده شود، اشعه خروجی پس از خروج از عدسی در روی صفحه*ای عمود بر محور فرعی تصویر غیرقرینه*ای بدست خواهد داد. این تصویر از نظر شکل و توزیع انرژی نامتقارن است، این ابیراهی تصویر را ابیراهی کما می*نامند. در حقیقت ابیراهی کما همان ابیراهی کروی است که از قرار گرفتن نقطه نورانی در خارج از محور اصلی حاصل می*شود. خود ابیراهی کما بر دو نوع کما مثبت و کما منفی تقسیم می*شود.

ابیراهی آستیگماتیسم
این عیب تصویر موقعی روی می*دهد که فاصله نقطه*ای از جسم ، از محور آینه مقعر تا حدی زیاد باشد و اشعه*های تابشی چه باهم موازی باشند و چه باهم موازی نباشند، با آینه زاویه φ می*سازند. در مورد عدسی*ها هم ابیراهی به همین شکل مطرح است، یعنی عدسی از نقطه دور از محور نمی*تواند تصویر نقطه*ای بدهد. در این صورت دچار ابیراهی آستیگماتیسم است و تصویر مبهم حاصل از آن آستیگماتیک نام دارد، زیرا خطوط شعاعی متفاوتی در کانون متفاوتی نسبت به خطوط عمودی متمرکز می*شوند.

انحنای میدان
اگر عیب دستگاه نوری از هر لحاظ اصلاح شده باشد، باز نقایصی در تصویر به علت انحنای میدان ایجاد می*شود که میدان و تصویر در مرکز واضح است و در کناره**ها به کلی ناواضح است، زیرا اشعه آمده از هر یک از نقاط جسم محدود نیست. بطوری که شعاع*های ویژه نقاط مختلف جسم از نقاط مختلف عدسی عبور نمی*کند.

ابیراهی اعوجاج یا واپیچش نور
ابیراهی مربوط به اعوجاج یا واپیچش در مورد اجسام مربعی بوجود می*آید، بطوریکه تصویر یک شی مربعی ، دیگر مربع نباشد، زیرا بزرگنمایی جانبی در تمام جهات یکنواخت نیست، ممکن است اضلاع به درون خمیده باشند که واپیچش بالشی ایجاد کنند، یا اضلاع به بیرون خمیده شوند و تولید واپیچش بشکه*ای کنند.

کنترل و بهینه*سازی ابیراهی*ها در دستگاه*های نوری
ابیراهی در عدسی به نوع شیشه عدسی که نوع محیط عدسی نیز تعبیر می*شود، *توان (فاصله کانونی) تک تک اجزای نوری در صورتیکه توان اجزا مختلف عوض شوند، یکسری از ابیراهی*ها تصحیح می*شوند که در رفع کما و آستیگماتیسم عامل مهم است.

شکل عدسی (میزان خمیدگی عدسی) توان عدسی تغییر کند، شعاع سطوح عوض می*شود، آنچه بر ابیراهی*ها اثرگذار است، شکل عدسی ، فاصله بین عدسی*ها یا اجزای نوری دستگاه که این فاصله بر ارتفاع پرتو و یا توان کل ذستگاه تاثیر دارد. ضخامت عدسی*ها محل دریچه در مورد ابیراهی آستیگماتیسم ، واپیچش ، انحنای میدان ، رنگی عرضی و کما این عامل اثر گذار است.

tanha.bikas
04-22-2006, 12:12 AM
انحراف تصویر حاصل از دستگاه نوری از تصویر واقعی ، ابیراهی می*باشد که در تصویر سازی با نورهای مرکب به دلیل وجود طول موجهای مختلف ، این انحراف ، علاوه بر بیراهیهای دیگر ، تحت عنوان ابیراهی رنگی خود را نشان می*دهد. این ابیراهی به دو نوع طولی و عرضی تقسیم می*شود.


دید کلی
ضریب شکست همه مواد با طول موج تغییر می*کند، این پاشندگی در مواد اپتیکی عامل ابیراهی رنگی است. تاثیرات ابیراهی رنگی را می*توان با استفاده *از ردیابی پیرامحوری مورد بررسی قرار داد. پس از محاسبه میزان ابیراهی رنگی موجود در یک سیستم این امکان وجود دارد که *از طریق بکارگیری شیشه*هایی با ضریب پاشندگی متفاوت و به کمک برخی فرمولهای عدسی نازک در جهت کاهش این ابیراهی عمل کرد.

ابیراهی رنگی از چه چیزی ناشی می*شود؟
ضریب شکست همه محیطها با رنگ تغییر می*کند. یک تک عدسی از یک شی نه تنها یک تصویر بلکه یک رشته تصویر ارائه می*کند که هر کدام برای یک رنگ موجود در باریکه نور است. اثر منشورگونه عدسی که با نزدیک شدن به لبه*ها افزایش می*یابد چنان است که باعث پاشیدگی می*شود و تمرکز نور بنفش را در نزدیکترین فاصله *از عدسی قرار می*دهد.

انواع ابیراهی رنگی
ابیراهی رنگی محوری یا طولی
در نتیجه تغییرات فاصله کانونی یک عدسی با رنگ ، بزرگنمایی جانبی نیز باید تغییر کند، در نتیجه تصاویر قرمز و بنفش یک نقطه شی دور از محور ، روی محور طولی از هم جدا می*شوند و این فاصله* افقی تحت عنوان ابیراهی رنگی طولی نامیده می*شود. ابیراهی رنگی طولی یک عدسی محدب را می*توان به راحتی قابل مقایسه با ابیراهی کروی برای پرتوها در بزرگترین دهانه دانست.

ابیراهی رنگی عرضی
اگر به جای بررسی توزیع پرتوها حول یک کانون ، تصویر تشکیل شده در نقطه*ای خارج از محور اپتیکی یک عدسی که برای ابیراهی رنگی تصحیح نشده، مورد بررسی قرار گیرد، کناره*های تصویر تیز نبوده بلکه به شکل رنگهای محو و نامشخص خواهد بود. به دلیل پاشندگی ، بزرگنمایی عدسی برای طول موجهای مختلف متفاوت خواهد بود که *این منجر به یک سری تصاویر با اندازه*های مختلف برای هر رنگ می*شود.

این ابیراهی گرچه *از همان منشا ابیراهی رنگی محوری ناشی می*شود ولی به عنوان ابیراهی رنگی عرضی از آن یاد می*شود. این ابیراهی در ارتباط با پرتو اصلی سیستم تعریف می*شود و لذا مانند پرتو اصلی با تغییر موضع دریچه*ها تغییر می*کند.

یک آزمایش برای مشاهده *ابیراهی رنگی
یک عدسی ضخیم را بین منبع چشمه*ای که نور چند فام تولید می*کند و پرده قرار می*دهیم. با دور و نزدیک کردن پرده به عدسی ، تصویر حقیقی چشمه روی پرده *ایجاد می*شود. رنگ این تصویر از سرخ _ نارنجی به* آبی _ بنفش تغییر می*کند و بهترین تصویر بین این دو حالت تشکیل می*شود.

چگونه می*توان دستگاهی ساخت که فاقد ابیراهی رنگی باشد؟
تصحیح برای یکی از ابیراهی*های رنگی معمولا ابیراهی*های دیگر را نیز کاهش می*دهد، البته میزان تصحیح ممکن است برای هر دو به یک اندازه نباشد. ابیراهی رنگی با استفاده *از عناصر شکستی چندگانه با توانهای مخالف حذف می*شود. مهمترین راه حل عادی استفاده *از یک دوتایی نافام تشکیل شده *از یک عدسی محدب و یک عدسی مقعر با شیشه*های مختلف است که بهم چسبیده*اند.

فواصل کانونی ، توانهای عدسی*ها بواسطه شکل سطوح آنها متفاوتند و این باعث می*شود تا توان خالصی که برای چشم تولید می*شود، یا مثبت باشد یا منفی. حاصل یک عدسی مرکب است که دارای یک فاصله کانونی خالص است، اما دارای پاشندگی کاهش یافته*ای در بخش وسیعی از طیف مرئی می*باشد.

tanha.bikas
04-22-2006, 12:13 AM
نارسایی یک عدسی در رساندن پرتوهای محوری از یک نقطه شی به نقطه متناظرش در فضای تصویر ابیراهی کروی نامیده می*شود. هنگام شکست نور در سطح کروی پخشیدگی یا کدری تصویر روی می*دهد و چون عدسی از چنین سطوح کروی تشکیل شده است، این ابیراهی در عدسی نیز روی می*دهد.


از آنجا که بسیاری از عدسی*های بکار رفته در ابزار اپتیکی برای متمرکز کردن پرتوهای موازی فرودی یا خروجی بکار می*رود، برای اهداف مقایسه*ای معمول است که ابیراهی پرتوهای موازی ورودی را تعیین می*کنند.

ابیراهی کروی از چه چیزی ناشی می*شود؟
ابیراهی کروی به فاصله پرتو از محور اصلی بستگی ندارد، بلکه برای اجسام و تصاویر محوری نقطه*ای هم وجود دارد. نقطه تصویر پیرامحوری با نقاط تصویر محوری که از شکست پرتوها از دهانه*های بزرگتر عدسی است، متفاوت می*باشد. این ابیراهی حتی زمانی که جسم در بینهایت قرار دارد، مشاهده می*شود و به این علت است که هر کدام از سطوح ، شکست مساوی ندارند. در نتیجه بعد از شکست ، سطحی در فاصله میان کانون پرتو پیرامحوری و کانون پرتو کناری ایجاد می*کنند.

انواع ابیراهی کروی
ابیراهی کروی طولی
پرتوهایی که نزدیک به محور اصلی به عدسی می*رسند، بعد از شکست در نقطه دورتری از عدسی جمع می*شوند، در صورتی*که پرتوهای دور از محور اصلی به علت شکست بیشتر در فاصله نزدیکتری به عدسی ، جمع می*شوند. اختلاف بین این دو حالت روی محور اصلی ، ابیراهی کروی طولی نامیده می*شود.

ابیراهی کروی عرضی
اگر امتداد پرتوهای شکست یافته از عدسی را که در دو نقطه متفاوت جمع شده*اند، در نظر بگیریم، بر روی صفحه کانونی پیرامحوری که از محل دورترین نقطه*ای که پرتوها جمع شده*اند، می*گذرد، اختلاف ارتفاع خواهیم داشت. به عبارتی این دو امتداد صفحه کانونی پیرامحوری را در دو نقطه متفاوت قطع می*کند، اختلاف بین این دو مقدار تحت عنوان ابیراهی کروی عرضی مطرح می*شود.

چگونه می*توان دستگاهی ساخت که فاقد ابیراهی کروی باشد؟
در دستگاه*های نوری اغلب از عدسی*های تخت_کوژ که سمت کوژ آن بسوی پرتوهای ورودی موازی هستند، برای کاهش ابیراهی کروی استفاده می*شود و کمینه ابیراهی کروی در شرایطی رخ می*دهد که از هر کدام از سطوح شکست مساوی انجام شود.

هرگاه عدسی*ها را به صورت ترکیبی بکار ببریم، احتمال رفع ابیراهی کروی به واسطه این واقعیت که عدسی*های مثبت و منفی ایجاد ابیراهی مخالف می**کنند، بیشتر می*شود. کاربرد این روش در عدسی*های دوتایی چسبیده به هم است و آینه*های شلجمی* یا آینه*های کروی مجهز به تیغه*های ورودی شکست فاقد ابیراهی کروی هستند.

tanha.bikas
04-22-2006, 12:13 AM
کما از ترکیب حروف اول «Cometlike appearance» به معنی «صورت ظاهر ستاره دنباله*دار مانند» یک نقطه شیئی خارج از محور عدسی استخراج شده *است. اگر جسمی که می*خواهیم تصویر آن را توسط دستگاه نوری ایجاد کنیم، روی محور اصلی سیستم نباشد، انحرافی در تصویر حاصله بوجود می*آید که آن را ابیراهی کما می*گویند و بر دو نوع کما مثبت و منفی می*باشد.


دید کلی
کما ، ابیراهی تکرنگ مرتبه سوم است که یک ابیراهی خارج از محور بوده، نسبت به محور نوری نیمه متقارن است و به سرعت با تغییر دهانه r تغییر می*کند. هرچند که می*توان عدسی را برابر سایر ابیراهی*ها از جمله *ابیراهی کروی تصحیح کرد و همه پرتوها را در روی محور به نحو مطلوبی کانونی کرد، ولی کیفیت تصاویر نقاط خارج از محور دارای وضوح مطلوبی نخواهد بود، مگر اینکه عدسی را برای کما نیز تصحیح کرده باشند.

ابیراهی کما از چه چیزی ناشی می*شود؟
این ابیراهی ناشی از پرتوهای موازی عمودی یا مماسی شکسته شده توسط عدسی است. هر ناحیه دایره*ای عدسی ، تصویری دایره*ای که دایره کمایی نامیده می*شود، تشکیل می*دهد. پرتوهایی که در صفحه مماسی قرار دارند، تصویری در بالای هر دایره کمایی و پرتوهایی که در صفحه کمانی (صفحه *افقی) قرار دارند، تصویری در زیر هر دایره کمایی تشکیل می*دهند. تصاویر مربوطه به پرتوهای منتسب به صفحات دیگر ، دایره کمایی را کامل می*کنند. ترکیب تمام این دوایر کمایی که شعاع آنها با افزایش شعاع مناطق بزرگتر می*شود، شکلی شبیه یک ستاره دنباله*دار می*دهد، وجه تسمیه *این ابیراهی نیز به همین علت است.

انواع ابیراهی کما
کما مثبت
بزرگنمایی برای اجزای مختلف عدسی فرق می*کند. هرگاه بزرگنمایی برای پرتوهای خارجی عبوری از عدسی بزرگتر از بزرگنمایی پرتوهای عبوری از مرکز آن باشد، می*گویند کما مثبت است.

کما منفی
هرگاه بزرگنمایی برای پرتوهای خارجی عبوری از عدسی کوچکتر از بزرگنمایی پرتوهای عبوری از مرکز آن باشد، کما منفی خواهد بود.

چگونه می*توان دستگاهی ساخت که فاقد ابیراهی کما باشد؟
شکل عدسی مقدار ابیراهی کما را تحت تاثیر قرار می*دهد. همچنین سمت*گیری یک عدسی روی بیراهی*های آن تاثیر می*گذارد. با ترکیب عدسی*ها این امکان وجود دارد که چندین ابیراهی را همزمان با خمش عدسی*ها به گونه*ای که بیراهی*های همگانی حاصل از ترکیب ، کوچکتر از مقادیر آنها برای عدسی*های جداگانه باشد، تصحیح کرد.

روش دیگر جابجا کردن دریچه روزنه* است. موقعی که دریچه جابجا شد، پرتو اصلی که به وسیله دریچه تعیین می*شود، به تقاطع پرتوهای حاشیه*ای نزدیکتر می*شود و لذا کما کاهش می*یابد. اما اگر هیچ ابیراهی کروی وجود نداشته باشد، این جابجایی روی نمی*دهد و کما برای هر دو موضع دریچه یکسان می*ماند. علاوه بر تغییرات در انحنای سطوح عدسی ، تغییرات در ضخامت و یا فواصل تک*تک اجزا و ضرایب شکست آنها می*توان برای تعدیل ضرایب ابیراهی مورد استفاده قرار داد.

tanha.bikas
04-22-2006, 12:15 AM
دیدکلی
اثر پوکلز در برخی بلورها که فاقد یک مرکز تقارن*اند، وجود دارد. به عبارت دیگر ، بلورها فاقد نقطه مرکزی هستند که از آن نقطه هر اتم می*تواند به داخل یک اتم مشابه بازتاب پیدا کند. 32 رده تقارن بلوری وجود دارد و از بین آنها 20 تا ممکن است اثر پوکلز را نشان دهند. ضمنا همین 20 رده پیزو الکتریک (عایق*هایی که در درونشان ممان دوقطبی وجود دارد و برای خنثی کردن این ممان دو قطبی*ها ، در خلاف جهت ممان دو قطبی داخلی ، رویشان توزیع بار بوجود می*آید) هستند. به این ترتیب بسیاری از بلورها و تمامی مایعات از نشان دادن اثر الکترونوری خطی مستثنی هستند.

تاریخچه
نخستین بار فیزیکدان آلمانی ، ((آلوین پوکلز|فردیش کارل آلوین پوکلز (Friedrich Card Alwin Pockels) در سال 1893_1272 این پدیده را در سطح وسیعی مورد مطالعه قرار داد. این پدیده یک اثر الکترونوری خطی است.

ساخت اتاقک پوکلز
برای ساختن اتاقک عملی پوکلز که به عنوان مدوله*ساز عمل می*کرد، می*بایست تا سالهای 1940 انتظار می*کشیدند، تا بلورهای مناسب تکامل پیدا کنند. اصل عمل کننده برای چنین ابزاری بطور خلاصه تغییر الکترونی دو شکستی (دو ضریب شکست متفاوت به نام ضریب شکست غیر عادی و عادی) توسط یک میدان الکتریکی اعمال شده نظام یافته تامین می*شود. پس افت ولتاژ را می*توان بطور دلخواه تغییر داد و از آنجا حالت قطبش موج خطی فرودی را تغییر داد. بدین طریق دستگاه به عنوان یک مدوله ساز قطبش کار می*کند. دستگاههای قدیمی از آمونیوم دی*هیدروژن فسفات یا ADP و پتاسیم دی*هیدروژن فسفات به نام KDP ساخته شده*اند، و هر دو هنوز هم در سطح وسیعی کاربرد دارند.

مشخصات اتاقک پوکلز
اتاقک پوکلز عبارت است از یک بلور مناسب فاقد تقارن مرکزی و سست یافته منفرد ، که در میدان الکتریکی قابل کنترل غوطه*ور است. در این قبیل دستگاهها که نوعا در ولتاژهای نسبتا پایین کار می*کنند، آنها خطی هستند. زمان پاسخ KDP خیلی کوتاه است، نوعا کمتر از 10 نانو ثانیه بوده و می*تواند یک باریکه نور را تا فرکانس 25×10به توان 9 هرتز مدوله کند. از آنجا که باریکه نور الکترودها را می*پیماید، آنها را معمولا از روکش*های اکسید فلزی شفاف مانند ، غشای فلزی نازک ، توریها یا حلقه*ها می*سازند. خود بلور در غیاب میدان اعمال شده تک محور است و طوری ترازمندی می*شود که محور نوری آن در راستای انتشار باریکه قرار گیرد.

کاربردها
اتاقک*های پوکلز به عنوان بستاور بسیار سریع ، سوئیچ*های Q برای لیزرها و جریان مستقیم برای مدوله کننده*های نوری تا 30GHz بکار رفته*اند. آنها همچنین در گستره وسعی از دستگاههای الکترو نوری مانند شیوه های نمایاندن پردازش داده*ها بکار می*روند.

چشم انداز
بر سر پژوهش پیرامون بلورهای الکترونوری تلاشهای فراوانی انجام شده است. گسترش این مواد بطور پیوسته اسامی بیگانه*ای را به تکنولوژی نامانوس جدید افزده است. از جمله این اسامی می*توان به لیتیوم تانتالات ، روبیدیوم دی*هیدروژن فسفات ، لیتیوم نیوبات اشاره کرد.

tanha.bikas
04-22-2006, 12:16 AM
دید کلی
اصل فرما یکی از قوانین اساسی فیزیک نور است و بساری از قوانین اپتیک از آن قابل استخراج است. قوانین بازتابش و شکست و در واقع شیوه کلی انتشار نور را می*توان از دیدگاه کاملا متفاوت و شگفت دیگری به نام اصل فرما نگریست. ایده*هایی که در اینجا مطرح خواهد شد تأثیر بسیار زیادی در گسترش اندیشه فیزیکی و حتی فراسوی نور شناخت کلاسیکی داشته است. این اصل بسیاری از پدیده*های مشاهده شده در طبیعت را به زیبایی توضیح می*دهد.
تاریخچه
هروی اسکندرانی که در سالهای بین 150 (ق.م) و 250 (م) زندگی می کرد، اولین کسی بود که آنچه را تا کنون اصل و روش نامیده شده است، بنیان گذاشت. او در فرمول بندی خود ادعا کرد که مسیری که نور عملا از نقطه*ای مانند s به نقطه*ای مانند p ، از راه بازتابش روی سطح می*پیماید، کوتاهترین راه ممکن است. بیش از 15 قرن مشاهدات کنجکاوانه "هروی" همچنان بی*رقیب ماند، تا اینکه در سال 1036 (1657) فرما اصل کمترین زمان مشهور خود را اعلام کرد.

اصل فرما چیست؟
پرتو نور در عبور از یک نقطه به نقطه دیگر چنان مسیر را دنبال می*کند که زمان لازم برای طی آن ، در مقایسه با مسیرهای مجاور ، یا مینیمم باشد و یا ماکزیمم و یا تغییر نکند (یعنی مانا باشد) و یا به عبارت دیگر باریکه نوری یک سطح مشترک را می*پیماید، راه راست و کوتاهترین راهی است که در کمترین زمان پیموده می*شود.
http://daneshnameh.roshd.ir/mavara/img/daneshnameh_up/b/ba/ferma_p.JPG
اصل فرما و قوانین بازتابش
قوانین بازتابش را می*توان به آسانی از اصل فرما بدست آورد. اگر دو نقطه ثابت A و B را در دو محیط متفاوت در نظر بگیرید که خط APB آنها را به هم وصل می*کند (فرض می*کنیم که خط APB در صفحه شکل است). طول کل این خط (l) برابر است با:



(l2 = (a² + x²) + (b² + (d - x)²



که x جای نقطه p (یعنی محل برخورد پرتو با آینه) را نشان می*دهد. بنا بر اصل فرما ، نقطه P باید در جایی قرار بگیرد که مدت سیر نور مینیمم باشد (و یا ماکزیمم باشد و یا تغییر نکند) در هر دو صورت ، این امر مستلزم آن است که dl/dx = 0 باشد. اگر از l نسبت به x مشتق بگیریم بدست می*آوریم:



(x (a² + x²) + (d - x) (b² + (d - x)²



با توجه به شکل ، مشاهده می*کنیم که می*شود این معادله را بصورت زیر نوشت:



Sinө1 = Sinө1



یا ө1 = ө1 که همان قانون بازتابش است.

اصل فرما و قوانین شکست نور
برای اثبات قانون شکست نور از اصل فرما ، دو نقطه A و B را در دو محیط متفاوت در نظر بگیرید، که خط APB آنها را به هم وصل می*کند. مدت سیر نور از این رابطه بدست می*آید:



t = l1/v1 + l2/v2

با توجه به این که n = c/v ، می*توان نوشت:



t = (n1l1 + n2l2)/c = l/c


راه نوری چیست؟
به کمیت n1l1 + n2l2 = l طول راه نوری پرتو می*گویند. طول راه نوری در هر محیط برحسب طول موج در آن محیط برابر با طول همان تعداد طول موج در خلا است. نباید طول راه نوری را با طول راه هندسی که برابر با l1 + l2 است، اشتباه کرد. اصل فرما ایجاب می*ند که l مینیمم باشد (یا ماکزیمم باشد یا تغییر نکند) که این هم به نوبت خود مستلزم آن است که x طوری انتخاب شود که dl/dx = 0 باشد.

که بعد از حل اگر از آن نسبت به x مشتق بگیریم:


dl/dx = n1 (1/2)(a² + x²) - 1/2 (2x) + n2 (1/2) (b² + (d - x)²) - 1/2 (2) (d-x) (-1) = 0
این معادله را می توان به صورت زیر نوشت:


2(n1x/(a² + x²)2 = n2 (d - x)/(b² + (d - x)²
که با توجه به شکل فوق به صورت مقابل در می*آید: n1Sinө1 = n2Sinө2 که همان قانون شکست است.

نگاهی دوباره به اصل فرما
حال می خواهیم با نگاهی درباره به اصل فرما، آن را برای یک سیستم لایه لایه توضیح می دهیم.
فرض کنید مطابق شکل زیر، ماده ای لایه لایه مرکب از m لایه با ضریب شکستهای مختلف داشته باشیم. در این صورت زمان عبور از s به p برابر خواهد بود با:



t = s1/v1 + s2/v2 + … + sm/vm

یا:



t = ∑mi = ∑si/vi

که در آن ، si و vi به ترتیب طول مسیر و سرعت متناظر با i امین لایه*اند. بنابراین:



t = 1/c∑mi = ∑nisi

که در آن عبارت مجموع را طول راه نوری ، که توسط پرتو نور پیموده شده است، می*نامند. این کمیت با طول سیر فضایی فرق دارد. پس c/طول راه نوری = t . می توانیم اصل فرما را دوباره چنین بیان کنیم: نور در هنگام گذر از نقطه s به نقطه p ، مسیری را می*پیماید که کوتاهترین راه نوری است.

اصل فرما و حرکت پرتوهای خورشید در جو
همانطور که می دانیم جو از تعداد زیادی لایه، با ضریب شکستهای مختلف تشکیل شده است. بنابراین وقتی که پرتوهای نور خورشید از میان جو ناهمگن زمین عبور می کنند، خم می شوند تا در هنگام گذشتن از نواحی پایین تر و چگالتر، هر چه زودتر خم شوند و در نتیجه طول راه نوری را کمینه سازند. به همین جهت می توان خورشید را حتی بعد از این که از زیر افق گذشته بادید شد.

اصل فرما و پدیده سراب
هنگامی که تحت زاویه*ای خراشان به جاده*ای نگریسته شود، به نظر می*رسد که جاده را لایه*ای از آب پوشانده است. هوای نزدیک به سطح جاده گرمتر و کم چگالتر از هوایی است که بالاتر از آن قرار دارد. پرتوها بسوی بالا خم شده و از کوتاهترین راه نوری می*گذرند و با انجام این کار ، چنان به نظر می*رسد که گویی از سطحی آینه*ای بازتابیده*اند. این پدیده را بویژه در بزرگراههای جدید و طویل می*توان دید.

tanha.bikas
04-22-2006, 12:17 AM
نظریات اولیه:

اسحاق نیوتن بر این باور بود که نور جهت انتشار به محیط مادی احتیاج داردو چون خلا را نمی توانست عاری از ماده بداند آنجا را ماده ناشناخته ای به نام اتر معرفی می کرد و چگونگی انتشار را همان مکانیزم انتشار صوت می دانست.


بعد ازتولد ماهیت موجی نور این نظریه نقض شد. چون موج نوری در محیط خلا در غیاب ماده انتشار می یابد. امّا نیوتون دریافته بود که همیشه نور به خط مستقیم انتشار می یابدو با حضور پدیده های بازتاب و شکست در مرز ها و ردیابی پرتو در جهت عکس اصل بازگشت نور را ارائه داد.

بدین معنی که اگر پرتوی از یک جسم نورانی بر یک سطحی تابیده و در آن باز تاب یا فته باشد در آخر مسیر پرتو (مثلا شکست) چشمه مجازیی را درنظر بگیریم که وجود خارجی ندارد و مسیر پرتو را در جهت عکس بر گردیم به چشمه حقیقی می رسیم.


نظریات مدرن:

با پیشرفت الکترو مغناطیس و ظهور شخصی چون ماکسول و ارائه نظریه الکترو مغناطیسی نور دیگرلزوم وجود محیط مادی بطور کلی کنار گذاشته شدو ایشان از روی معادلات بنیادی خود جهت انتشار اموج الکترومغناطیسی را جهت انتشار نور معرفی کرد. که سازگاری کامل با پدیده های نوری داشت.

امّا آلبرت انیشتین و پلانک که نور را به عنوان بسته های فوتونی پر انرژی در نظر گرفتند اصول کلی انتشار نور در محیط ها را نیز ارائه دادند و انتشار نور را ازروی خاصیت موجی نور توجیه نمودند زیرا اینها اصل مکملی نور را قبول داشتند و خاصیت ذره ای نور را برای توجیه برخی پدیده های کوانتومی رد نمی کردند.


مکانیزم انتشار:

انیشتن اینگونه پیشنهاد نمود که سرعتی بالاتر از سرعت نور در خلا وجود ندارند و مقدار آن ثابت است. در حالت کلی تابش بسته های انرژی( کوانتوم های انرژی )است که با فرکانس معینی در محیط نیز به خط راست انتشار می یابد یعنی هم تولید نور در چشمه های نوری و هم در انتشارش در محیط به خط مستقیم صورت می پذیرد. امّا انتشار مستقیم الخط بودن نور در هدف ها ( گیرنده های نوری ) را آقای پلانگ هم با محاسبات دقیق و هم آزمایشات تأیید شده ، انجام داد.

چگونگی انتشار نور در محیط مادی را پلانگ چنین توجیه نمود که چون مواد شامل اتم هاست و اتم ها نیز ساختار دو قطبی ها را دارند در اثر تابش نور بر اتم، اتم شروع به نوسان می کند و نوسان تشدید آن وقتی اتفاق می افتد که فرکانس نوسان با فرکانس نور برابر باشد در چنین حالتی اتم تحریک شده در اثر میدان، نور جدیدی از خود تابش می کند این نور تابشی از اتمی به اتم مجاور اثر می کند که منحر به انتشار نور در محیط می شود. که از این پدیده در تولید لامپ ها بهره عملی برده اند.


کاربرد مدرن:

انتشار نور در بلور ها نتایج و کشفیات ارزنده ای را ارائه داد بدین معنی که مبنای تشخیص حالت بلورین ماده ، تا آنجا که به خواص نوری مواد مربوط می شود. بر این پایه هست که بلور ها معمولا از لحاظ الکتریکی ناهمسانگرد هستند. یعنی قطبیدگیکه به وسیله یک میدان الکتریکی در یک بلور ایجاد می شود تنها ضریب ثابتی از میدان الکتریکی نیست بلکه به طریقی به جهت میدان در شبکه بلور بستگی دارد.

سرعت انتشار یک موج نوری در یک بلور تابعی از جهت انتشار و قطبیدگی آن نور است و آن ضریب ثابت رابط میدان و قطبش حالا دیگر یک تانسور نه مؤلفه ای برای بلور ناهمسانگرد می باشد . به یاد داسته باشید که همواره سرعت انتشار «سرعت نور) از سرعت فاز نور کمتر و در خلا بیشترین مقدارش را دارد که برابر آن است.

آلبرت انیشتین اثبات کرد که حاصلضرب سرعت انتشار در سرعت فاز برابر مقدار ثابت مجذور سرعت نور هست یعنی حاصلضرب اخیر همراه ناور را می ماند. که سرعت فازهمان سرعت ارتعاش و سرعت انتشار همان سرعت گروه موجی یا بسته موجی است که به یک فوتون نسبت می دهیم که همان سرعت انتشارش در محیط هاست.

در بلور ها برای یک امتداد معین دو مقدار سرعت فاز وجود دارد. این دو مقدار به قطبیدگی های متعامد امواج نور وابسته اند. برای همین گفته می شود بلورها دارای خاصیت شکست دو گانه یا دو شکستی هستند. ( همانند کریستال دو شکستی )امّا همه بلورها این خاصیت شکست دو گانه را از خود نشان نمی دهند و وجود این ویژگی در بلور بستگی به تقارن آنها دارد بلورهایی که تقارن مکعبی دارند مانند کلرور سدیم ، هرگز شکست دو گانه از خود نشان نمی دهند و از لحاظ نوری [بلورهای [همسانگرد|همسانگرد)) هستند. همه بلور های غیر مکعبی دارای خاصیت شکست دو گانه می باشند.


الگوی مکانیکی:

الگوی عجیبی که برای قطبش پذیری ناهمسانگرد یک بلور ارائه شده الگوی فنری است به گونه ای که الکترونها توسط فنرهایی به اتم هایشان مقیدند این قید توسط فنرهایی مشابهت داده شده چون ساختار بلور نا همسانگرد است،این میزان نیروی بین هسته و الکترون در تمام اتم ها یکسان نیست، بنابرین سختی فنرها در جهت های مختلف جابه جایی الکترون از محل ترازمندیش در شبکه بلور متفاوت است پس جابه جایی الکترون از محل ترازمندیش در اثر یک میدان خارجی هم به مقدار آن و هم به جهت آن وابسته می باشد که الگوی بسیار مفیدی در انتشار نور در بلور های ناهمسانگرد است. که نورهای قطبشی را نیز با این الگو بررسی خواهیم کرد.
+ نوشته شده در  سه شنبه 21 آذر1385ساعت 19:11  توسط جلال  | 

دوربین دیجیتال وساختار بلورین

[ویرایش] مواد جامد

    • ساختار مواد خالص: این مواد از یک نوع اتم تشکیل شده‌اند. این ساختارها به ۱۴ نوع سلول واحد (شبکه‌های) براوه معروفند.
      • مکعبی ساده (sc)
      • مکعبی با وجوه مرکزپر (fcc)
      • مکعبی مرکزپر (bcc)
      • تتراگونال ساده
      • تتراگونال مرکزپر
      • اورتورومبیک ساده
      • اورتورومبیک مرکزپر
      • اورتورومبیک دو وجه مقابل پر
      • اورتورومبیک وجوه مرکزپر
      • رومبوهدرال
      • هگزاگونال (hcp)
      • مونوکلینیک ساده
      • مونوکلینیک با دو وجه مقابل پر
      • تری‌کلینیک


یکشنبه ۱۰ خرداد ۸۳

لنزهای سری L کانن


لنزهای کانن بخاطر کارایی و کیفیت نوری اشان شناخته شده هستند و شاید در نزد عکاسان حرفه ای هیچ لنزی به اندازه لنزهای سری L کانن محبوب نباشد. این لنزها که با یک حلقه قرمز روی بدنه اشان قابل شناسایی می‌باشند از تکنولوژی اپتیکال خاصی بنام شیشه‌های UD با انحراف نوری بسیار پایین، شیشه های با انحراف بسیار کم، المانهای فلوریت و اجزا اسپریکال برای هدایت و کانونی کردن دقیق نور استفاده می کنند.

لنزهای تله فتوی سری L از شیشه های UD کانن برای به حداقل رساندن ابیراهی رنگی (Chromatic Aberration) که Color Fringing نیز نامیده می شود استفاه می کنند. ( این پدیده باعث می شود لبه اجسام رنگی - معمولا بنفش - دیده شود). شیشه UD در لنزهایی مانند 70-200 f/2.8L IS و 300mm f/4.0L IS کنتراست و شارپنس قابل توجهی ایجاد کرده اند. المانهای فلوریت که در لنزهای حرفه ای سوپر تله فتو نظیر EF 300mm f/2.8L IS و 400mm f/2.8L IS بکار رفته اند از این هم موثرتر می باشند. یک قطعه فلوریت توانایی تصحیح نوری برابر با دو شیشه UD را داشته و همین باعث کیفیت استثنایی لنزهای سری L شده است.
لنزهای زاویه باز و لنزهای سریع نرمال معمولا دارای مشکل دیگری بنام اعوجاج کروی می باشند که باعث ایجاد ماتی و به هم مالیدگی تصویر می شود. کانن با استفاده از 4 تکنولوژی ساخت ویژه اجزاء لنزهای اسپریکال را برای رفع این مشکل تولید نموده است. به علاوه لنزهای اسپریکال که دارای انحنای بسیار متغیری از لبه ها تا مرکز می باشند، امکان کوچکتر کردن طراحی لنزها را فراهم نموده و لنزهایی سبکتر با تعداد احزاء کمتری را پدید می آورند. ترکیب این لنزها با تکنولوژی انحصاری کانن که ایجاد چند لایه پوششی، پوشش فوق طیفی، و دقت به جزئیاتی نظیر مواد ضد انعکاس درون استوانه لنزها می باشد باعث گردیده است که ایجاد نورها و انعکاسهای ناخواسته در لنزهای سری L کاملا حذف شود.
بسیاری از لنزهای تله فتوی EF سفید رنگ می باشند تا دمای داخلی لنز را دحین عکاسی طولانی مدت در زیر نور خورشید به حداقل برسانند. لنزهای سوپرتله فتوی سری L دارای ثابت کننده تصویر جدید و دارای محافظ گرد و خاک و رطوبت کارآمدی می‌باشد که عکاسی در بدترین شرایط را ممکن می‌سازد.
لنزهای EF سری L کانن برای برآورده کردن نیازهای اساسی عکاسان حرفه ای طراحی شده‌اند. کیفیت عالی اجزاء آنها حرفه ایها و آماتورهای پیشرفته را قادر می سازد تا لنزی با کیفیت و راندمان اپتیکی بالا داشته باشند که با تکنولوژیهای مرسوم اپتیکی مرسوم بسادگی قادر به دستیابی نیست.

 

 

+ نوشته شده در  یکشنبه 19 آذر1385ساعت 17:45  توسط جلال  | 

سرامیک

سرامیک

 

 

سرامیکها معمولا به استثنای فلزات و آلیاژهای فلزی و مواد آلی ، شامل تمام مواد مهندسی می‌شوند که از نظر شیمیایی جزو مواد معدنی هستند و بعد از قرار گرفتن در دمای بسیار بالا ، شکل اولیه خود را حفظ کرده و مقاوم‌تر می‌شوند. ظروف سفالی ، چینی و چینی‌های بهداشتی و غیره ، جزو این گروه می‌باشند.

به عبارت دیگر: بر تمامی مصنوعاتی که از کانی های غیر فلزی ساخته می شوند سرامیک اطلاق می گردد. فراورده های سرامیکی بسیار متنوعند و مصارف گوناگون دارند. سرامیکها را به انواع زیر طبقه بندی می کنند.

1- سرامیکهای بهداشتی

 

2- سرامیکهای الکتریکی

دی الکتریکها- نیمه هادی ها

پیزو الکتریکها

3- سرامیکهای ساختمانی

سیمان

آجر

کاشی

4- شیشه ها

شیشه های سیلیکاتی

شیشه های سرامیکی

شیشه های غیر سیلیکاتی

5- انواع چینی

 

6- مواد ساینده

کاربید سیلیسیم – کاربید تنگستن و غیره

7- انواع لعاب

 

8 – انواع دیر گداز ها

 

9- تک بلورها

 

10- سرامیک های پیشرفته

 

 

سرامیکها را بر اساس نوع بدنه آنها که ممکن است متراکم یا متخلخل باشد نیز تقسیم بندی میکنند.

 

·         از نظر واژه: سرامیک به کلیه جامدات غیر آلی و غیر فلزی گفته می‌شود.

·         از نظر ساختار شیمیایی: کلیه موادی که از مخلوط خاک رس با ماسه و فلدسپار در دمای بالا بدست می‌آیند و توسط توده شیشه مانندی انسجام یافته و بسیار سخت و غیر قابل حل در حلال‌ها و تقریبا گداز ناپذیر می‌‌باشند، سرامیک نامیده می‌شوند.

از زمانی که انسان غارنشینی را به قصد یافتن مکان زیست بهتر ، پشت سر گذاشت، با مصالح ساختمانی سر و کار پیدا کرده بود. بدیهی است که این مواد از نوع موجود در طبیعت بود، مانند پوست برای بنا کردن خیمه و یا گل و سنگ برای تهیه مسکن دائمی‌. بعدها بشر آموخت که از قطعات چوب و تخته و میخ و پیچ برای استحکام بنا استفاده کند و موادی مانند آهک ، ساروج و سیمان را برای اتصال محکم‌تر قطعات سنگ و یا چوب به یکدیگر بکار بگیرد، ولی خاک رس مهمترین ماده اولیه تهیه بسیاری از مصالح ساختمانی است. خاک رس به صورت ناخالص در تهیه کوزه ، گلدان هاى گلی ، ظروف سفالی ، اشیا و لوله‌هاى سفالی ، سرامیک ، سیمان و به صورت خالص ، در تهیه ظروف چینی و ... مصرف می‌شود.

مواد اولیه سرامیکها

سرامیکها ، از سه ماده اولیه خاک رس ، فلدسپارها و ماسه تهیه می‌شود. خاک رس ،‌ همان سیلیکاتهای آلومینیوم هیدراته است که به صورت کانی‌های مختلفی یافت می‌شوند.

مهمتری مواد اولیه بدنه سرامیکها خاک رس ، آلکالی فلدسپات و سیلیس است.

در سرامیکهای ویژه مانند سرامیکهای الکتریکی از تالک ، ترکیبات سرب ، تیتانیم و عناصر فلزی استفاده می شود.

آلکالی فلدسپات به دو صورت فلدسپات پتاسیک و سدیک است.

فلدسپات سدیک خالص در دمای 1118 درجه سانتیگراد به طور کامل ذوب میشود.

فلدسپات پتاسیک در دمای 1150 درجه شروع به ذوب شدن می کند. ذوب شدن فلدسپات پتاسیک غیر متجانس است. زیرا هنگام ذوب شدن مایعSiO2 آزاد می شود و جامد لوسیت باقی میماند. ذوب کامل پتاسیم فلدسپات در دمای 1580 درجه صورت می گیرد . فلدسپات پتاسیک بیشتر در بدنه سرامیک به کار میرود . درصورتی که فلدسپات سدیک در شیشه و لعاب به مقدار کم در بدنه استفاده می شود. آلکالی فلدسپات در بدنه دو نقش مهم ایفا می کند. 1- کاهش دمای ذوب  2- ایجاد سختی

سیلیس : نقش سیلیس در بدنه ،ایجاد فاز شیشه و افزایش مقاومت  آن است .

خاک رس : بیشترین بخش سرامیک را تشکیل می دهد. کانی های رسی به گروه کائولینیت ، اسمکتیت ، و ورمیکولیت تقسیم می شود که بیشترین مصرف را کائولین دارد. در مثلث فلدسپات- خاک رس – سیلیس ، انواع فراورده های سرامیکی نشان داده شده است . گلهایی که در سرامیک سازی استفاده می شوند عبارتند از گل چینی ، گل سفال گری و گل توپی (گل بال)

گل چینی از کائولین،آلکالی فلدسپات و سیلیس تشکیل شده است .گل چینی سفید،حاوی 50درصدکائولین،30درصد فلدسپات و20درصد سیلیس است.(بصیری،1363).چنانچه شکل پذیری گل کم باشد به جای50درصدکائولین از40درصد همراه با10درصد گل توپی می توان استفاده نمود.گل توپی،بیشتر از مونتموریونیت و کائولین دانه ریز و موادآـلی تشکیل شده است و خاصیت چسبندگی آن بسیار خوب است.گل سفالگری بیشتر از خاک رس تشکیل شده و بیشترین مصرف آن در تهیه آجر است.

·         خاک رس:  موجب نرمی ‌و انعطاف و تشکیل ذرات بلوری سرامیک می‌شود.

·         ماسه:  قابلیت چین خوردن ، پس از خشک و گرم شدن و تشکیل ذرات بلوری سرامیک را کاهش می‌دهد.

     ·         فلدسپار:  در کاهش دادن دمای پخت و تشکیل توده شیشه‌اى و چسباننده ذرات بلوری سرامیک موثر است

 

موادی که برای بهبود کیفیت به خاک افزوده می شوند عبارتند از:

اگر گل دارای خاصیت نسوز باشد یعنی در دمای پایین ،ذوب و سخت نشود باید مواد کمک ذوب همچون تالک، آهن یا فریت به آن افزود .

اگر گل در دمای پایین ذوب می شود و حالت شکنندگی دارد باید مواد دیر گداز نظیر کائولین ، گل بال ، خاک نسوز یا سیلیس اضافه کرد.

اگر گل دارای چسبندگی زیاد باشد و هنگاه خشک شدن با افزایش حجم همراه گردد باید سیلیس یا کائولن به آن افزود .

چنانچه گل ترد باشد و چسبندگی کم داشته باشد باید گل بال یا بنتونیت به آن افزود.

اگر گل نیاز به تغییر رنگ داشته باشد می توان مواد رنگی به آن افزود (بصیری 1363)

.

 

طبقه‌بندی کانی‌های رس

کانی‌های سیلیکاتی دو لایه‌ای

·         کائولینیت : بررسی پراش اشعه ایکس ، وجود دو لایه را در کائولینیت نشان می‌دهد. لایه اول شامل واحدهای 2-(Si2O5) چهار وجهی است و لایه دوم از واحدهای هشت وجهی 2-Al2(OH)4 تشکیل شده است. از اتصال دو لایه ، یک لایه واحد بوجود می‌آید که تکرار آن ، لایه کائولینیت را می‌سازد.

·         هالوی‌سیت : کانی دیگر ، هالوی‌سیت است که در مقایسه با کائولینیت کاربرد کمتری دارد.

کانیهای سیلیکاتی سه لایه‌ای

·         مونت موری لونیت : مونت موری لونیت دارای سه لایه ، دو لایه به صورت چهاروجهی‌های سیلیکاتی و لایه وسط به صورت گروه‌های هیدروکسی آلومینات است. به علت توانایی گیر انداختن سیستمهای مولکولی مختلف ، اغلب به عنوان کاتالیست مصرف دارند.

·         ایلیت : ساختمان ایلیت ، تقریبا شبیه مونت موری لونیت می‌باشد و چون همیشه همراه با مخلوط کانیهای دیگر است فرمول دقیقی نمی‌توان برای آن در نظر گرفت.

 

ترکیبات ثانوی خاک رس و تاثیر آن بر سرامیکها

ترکیبات ثانوی ، شامل ترکیبات آهن ، ماسه ، کربناتهای کلسیم و منیزیم ، میکا و مواد آلی است که مقادیر آنها در انواع خاک رس متغیر می‌باشد. ترکیبات آهن موجود در خاک رس مثل پیریتها و هیدروکسیدهای آهن و . . . باعث پایین آمدن نقطه ذوب و تغییر رنگ سرامیک قبل از پخت به زرد متمایل به قهوه‌ای و بعد از پخت به صورتی متمایل به قرمز تیره می‌شوند. ماسه ،‌ باعث کم شدن حالت پلاستیته و کاهش قدرت چسبندگی می‌شود.

کربناتهای کلسیم و منیزیم به عنوان ناخالصی باعث آسیب دیدگی محصول شده و بعد از پخت ، باعث افزایش خلل و فرج و کاهش قدرت مکانیکی و خواص نسوزی محصول می‌شوند. نمکهای سولفات و کربنات و کلریدهای فلزات قلیایی خاک رس و وانادیوم ، قابل حل در خاکهای رس هستند و موجب پخش مواد در توده خاک رس می‌شوند. ترکیبات وانادیوم لکه‌های زرد متمایل به سبز ، روی محصول ایجاد می‌کنند. ترکیبات آلی موجود در خاک رس ، باعث ایجاد رنگ خاکستری می‌شوند.

 

انواع سیلیکا

دی‌اکسید سیلیکون ، معمولا به سه صورت سنگ ، گرانول و پودر وجود دارد. دی‌اکسید سیلیکون در حالت سنگ به صورت کوارتز یافت می‌شود که در این حالت خیلی کمیاب است. به علت خالص بودن بهترین نوع سیلیکا برای مصرف در سرامیک‌ها است. نوع گرانول در صنعت سرامیک سازی خیلی رایج می‌باشد. این نوع سیلیکا را معمولا قبل از مصرف ، دانه‌بندی کرده ، می‌شویند. نوع پودر سیلیکا معمولا خالص نبوده و در ساخت سرامیک چندان مصرف ندارد.

نقش فلدسپارها در سرامیک‌سازی

فلدسپارها خاصیت سیال‌کنندگی دارند و امروزه نیز از این ترکیبات در صنعت سرامیک استفاده می‌کنند. نقش این ترکیبات در سرامیک سازی ، ایجاد فاز شیشه‌ای در توده اولیه است.

انواع فلدسپارها در سرامیک

1.   فلدسپار پتاسیم KO , Al2O3 , 6SiO2

2.   فلدسپار سدیم Na2O , Al2O3 , 6SiO2

3.   فلدسپار کلسیم CaO , Al2O3 , 6SiO2

از بین اینها فلدسپار پتاسیم از همه مهمتر است، ولی در عمل موادی که به عنوان سیال کننده بکار می‌روند، مخلوطی از فلدسپارهای مختلف هستند.

 

 

 

سرامیکهای پیشرفته

سرامیکهای پیشرفته از یک یا چند عنصر فلزی و غیر فلزی ساخته شده اند. خصوصیات مهم این سرامیکها عبارتند از : سختی زیاد ، استحکام ، مقاومت در برابر شوک های حرارتی ، مقاومت زیاد در حرارت بالا و خواص ویژه الکتریکی . موارد کاربرد این سرامیکها در ساخت قطعات موتور های ماشین و جت ، الکترو مغناطیس و مغناطیس ، بیو سرامیکها ، قطعات باتری ، دیر گدازها ، صنعت تصفیه نفت ، قطعات نوری ، ابزار برش و مته های حفاری ، ساینده ها ، سلولهای خورشیدی وسایر موارد می باشد.

 

نقش مواد در سرامیکهای پیشرفته

 

زیرکونیوم : افزایش مقاومت مکانیکی و افزایش ضریب انبساط حرارتی .

کاربرد : ابزارهای برش ، دیسک های برش ، پرس داغ و پوشش بلبرینگ

کاربید ها : سختی زیاد .

کاربرد : مواد ساینده ، مته های حفاری ، پوشش نیروگاههای هسته ای ، قطعات توربین های گازی و صیقل دادن فلزات سخت .

نیترید ها : سخت ، شکننده و عایق بسیار خوب الکتریکی حتی در دما های بالا .

کاربرد : اگزوز جتها ، بوته های ذوب فلزات و پوشش آنتن رادار هواپیما

بور : کارایی بسیار خوب در دما های بالا

آلومینیوم : افزایش مقاومت الکتریکی ، ثابت بودن حجم و ابعاد در دماهای خیلی زیاد، کاهش ضریب هدایت گرما با افزایش دما ، سختی بالا و مقاومت بالای فشاری

کاربرد : ابزار برش ، قطعات ماشینهای نساجی و بوته های ذوب فلزات

بریلیوم : هدایت بسیار خوب حرارتی ، کاهش ضریب هدایت الکتریکی ، خواص دی الکتریک بسیار خوب

 

 

اتصال شیشه ای

برای پیوند دادن مواد بدنه از سیلیس استفاده می شود سیلیس به هنگام پخت ذوب میشود و ضمن سرد کردن محلول به صورت شیشه مواد را به هم متصل می کند . میزان آهن در سیلیس باید ناچیز باشد. مهمترین منابع سیلیس عبارتند از :

رگه های کوارتز ، کوارتزیت ، ماسه های سیلیسی و پگماتیت ، علاوه بر سیلیس از ترکیبات قلیایی و فلوئور به عنوان اتصال دهنده استفاده می شود .

کمک ذوبها

موادی که به عنوان کمک ذوب انتخاب می شوند باید بتوانند با سیلیس و دیکر سیلیکاتها ، نقطه ایوتکنیک تشکیل دهند و دمای ذوب آنها را کم کنند . نوع مواد کمک ذوب بر حسب نوع مواد سرامیکی تفاوت می کند . مهمترین کمک ذوبهایی که در صنعت سرامیک استفاده می شوند به شرح زیرند :

بوراکس                                                Na2B4O7+10H2O

کربنات سدیم                                                   Na2CO3

نیترات سدیم                                                   Na2NO3

 نیترات پتاسیم                                                  K2NO3

فلوریت                                                            CaF2

کریولیت                                                        Na3AlF6

آپاتیت و کانیهای لیتیوم دار

 

 

 

 

مواد نسوز

درسرامیکهای نسوز از مواد پر کننده نسوز استفاده می شود. مهمترین آنها عبارتند از :

آلومین ، اکسید زیرکونیوم ، فورستریت ، تالک ، ولاستونیت ، پیروفیلیت ، منیزیت ، رتیل و اکسید کلسیم .

 

مواد معدنی رنگی

 

عواملی که بر روی رنگ مصنوعات  سرامیکی تاثیر می گذارد عبارتند از :

1-   شرایط و دمای پخت ، 2- نوع مواد رنگی ، 3- اندازه ذرات

 

دمای پخت : گل حاوی آهن در دمای 945 درجه سانتیگراد به رنگ صورتی روشن ، در دمای 1050 درجه به رنگ قرمز آجری ، دردمای 1125 درجه به رنگ شکلاتی و در دمای 1160 درجه به رنگ سیاه در می آید و چنانچه در شرایط احیایی پخته شود به جای رنگهای قرمز و قهوه ای ، رنگ سیاه و خاکستری به وجود می آید . (بصیری 1366)

 

 

 

مواد رنگی

اکسید آهن به میزان 2-4 درصد ، رنگ قهوه ای تا قرمز سوخته و اکسید منگنز رنگ قهوه ای متمایل به خاکستری ایجاد می کند . از مخلوط  آهن ، منگنز ، مس و کبالت رنگ سیاه تولید می شود . مواد معدنی که به منظور تولید رنگ خاصی  در محصولات سرامیکی به مواد اولیه اضافه می شود . عبارتند از :

مواد سفید : اکسید تیتانیوم ، اکسید روی ، اکسید انتیموان و سولفید روی

مواد زرد : کرومات سرب و روی ، گل اخرا و لیتارژ

مواد سیاه : آهن سیاه ، گرافیت و کربن

مواد آبی : ترکیبات مس و آهن

مواد قرمز : اکسید سرب (Pb3O4) ، اکسید فریک آهن ، سولفات کادمیوم  و سولفید سدیم 

رنگ متالیک : آلومینیوم ، گرد روی و پودر برنز

مواد نارنجی : کرومات سرب ، کادمیوم نارنجی و مولیبدن نارنجی

مواد سبز : اکسید کروم ، کروم سبز و اکسید کروم آبدار.

 

مواد اولیه لعاب

لعاب به پوششی که روی بدنه را فرا می گیرد اطلاق می گردد.

موادی که به عنوان لعاب انتخاب می شوند باید دارای ویژگیهای زیر باشند :

ضمن سرد شدن ماده مذاب ، متبلور نشوند و حالت شیشه ای خود را حفظ کنند

غلظت آنها مناسب باشند به طوری که روی بدنه باقی بمانند.

مقاومت حرارتی بالا داشته باشند؛

در سرامیکهای مخصوص مقاومت حرارتی بالا داشته باشند.

 

 

خواص مختلف سرامیکها:

 

خواص مکانیکی : مقاومت مکانیکی سرامیک به ترکیب مواد ، اندازه ذرات مواد اولیه ، دانه بندی ، شکل ذرات ، شرایط شکل دهی ، چگونگی خشک کردن و همچنین شرایط پخت بستگی دارد. مواد دانه ریز موجب کاهش تخلخل و بالا رفتن مقاومت سرامیک می گردند . سیلیس و بال کلی باعث افزایش مقاومت مکانیکی می شوند.

خواص شیمیایی : آب ، اسید ها و محلولهای قلیایی با مواد سرامیکی واکنش انجام می دهند و تغییراتی در آن به وجود می آورند.در سرامیکهای ویژه از از مواد مقاوم در برابر اسیدها و قلیایی ها استفاده میشود.

خواص نسوزی : سرامیکهایی که برای دمای بالا به کار می روند از مواد دیر گداز تهیه می گردند .

خواص الکتریکی : از سرامیکها به عنوان نارسانای الکتریکی نیز استفاده می کنند.

خواص سرامیک‌ها بسته به نوع و درجه خلوص هر یک از اجزای اصلی ، مواد افزودنی ، لعاب ، زمان حرارت دادن ، مواد اکسنده و کاهنده‌هاى موجود در محیط ، تغییر می‌کند. در قرن حاضر صنعت سرامیک سازی توسعه و تنوع شگرفی یافته و اهمیت و کاربردهای آن نیز وسعت پیدا کرده است.

سرامیک‌های ویژه

·         مقره‌های برق:
که عایقهای خوبی برای گرما و برق هستند و در آنها از Al2O3 ، Zr2O3 استفاده می‌شود.

·         سرامیک‌های مغناطیسی:
در در این نوع سرامیک از اکسیدهای آهن استفاده می‌شود. مهمترین کاربرد آنها در تهیه عنصرهای حافظه در کامپیوتر است.

·         سرامیک‌های شیشه‌اى:
وقتی شیشه معمولی پس از تهیه در دمای بالایی قرار گیرد، تعداد قابل توجهی از ذرات بلور در آن تشکیل می‌شود و خاصیت شکنندگی آن کم می‌گردد و بر خلاف شیشه‌های معمولی دیگر ، ایجاد یا پیدایش شکاف کوچک در آنها ساری نمی‌باشد،‌ یعنی این شکافها خود به خود پیشرفت نمی‌کنند. از این نوع سرامیک‌ها برای تهیه ظروف آشپزخانه یا ظروفی که برای حرارت دادن لازم باشند، استفاده می‌شود که آن را اصطلاحا پیروسرام می‌نامند.

لعابها و انواع آنها

لعابها طیف وسیعی از ترکیبات آلی و معدنی را در بر می‌گیرند. لعاب مربوط به سرامیک معمولا مخلوط شیشه مانندی متشکل از کوارتز ، فلدسپار و اکسید سرب (PbO) است. این اجزا را پس از آسیاب شدن و نرم کردن به صورت خمیری رقیق درمی‌‌آورند. آنگاه وسیله سرامیکی مورد نظر را در این خمیر غوطه‌ور کرده و پس از سرد و خشک شدن ، آن را در کوره تا دمای معین حرارت می‌دهند. پس از لعاب دادن روی چینی ، روی آن مطالب مورد نظر را می‌نویسند و یا طرح مورد نظر را نقاشی می‌کنند و دوباره روی آن را لعاب داده و یک بار دیگر حرارت می‌دهند. در این صورت وسیله مورد نظر پرارزش‌تر و نوشته و طرح روی آن بادوام‌تر می‌شود.


لعابها در انواع زیر وجود دارند:

·         لعاب بی‌رنگ: این نوع لعاب که برای پوشش سطح چینی‌های بدلی ظریف بکار می‌رود، بی رنگ و شفاف است و از مخلوط کلسیم و سیلیس و خاک چینی سفید تهیه می‌شود.

·         لعاب رنگی: برای رنگ آبی از اکسید مس (Cu2O) ، برای رنگ زرد از اکسید آهن (FeO) و برای رنگ سبز از اکسید کروم (Cr2O3) ، برای رنگ زرد از کرومات سرب و برای رنگ ارغوانی از ارغوانی کاسیوس استفاده می‌شود.

·         لعاب کدر : این نوع لعاب که برای پوشش چپنی‌های بدلی معمولی بکار می‌رود و از مخاـوط SnO2 , PbO , SiO2 , Pb3O4 ، نمک و کربنات سدیم تهیه می‌‌شود که آن را پس از ذوب کردن ، سرد کردن و پودر کردن ، در آب به صورت حمام شیر در می‌آورند و شئی لعاب دادنی را در آن غوطه‌ور می‌کنند.

 

ظروف لعابی

ظروف لعابی درواقع ، نوعی ظروف آهنی هستند که سطح آنها را به منظور جلوگیری از زنگ زدن ، از لعاب می‌پوشانند. البته این نوع ظروف را نباید زیاد گرم یا سرد و یا پرتاب کرد و یا اینکه تحت ضربه قرارداد، زیرا لعاب سطح آنها ترک برداشته و می‌ریزد.

انواع چینی

 چینی‌ها در واقع از انواع سرامیک محسوب می‌‌شوند و به دو دسته چینی‌های اصل یا سخت و چینی‌های بدلی تقسیم می‌شوند.
چینی‌های اصل : چینی ظرف: که می‌توان آن را نوعی شیشه کدر دانست، مانند ظرف چینی معروف به سور. از ویژگیهای این نوع چینی آن است که لعاب رنگی را به خود می‌‌گیرد.

چینی سیلیسی : این نوع چینی که به چینی لیموژ معروف است، درکشورهای فرانسه ، ژاپن و چین تهیه می‌‌شود. مواد اولیه آن خاک چینی سفید ، شن سفید و فلدسپار است.

چینی آلومینیوم‌دار  : این نوع چینی به نام چینی ساکس و بایو در فرانسه تهیه می‌‌شود و دارای Al2O3 , SiO2 , CaO است.

چینی‌های بدلی:  خمیر این نوع چینی‌ها ترکیبی حد واسط از خمیر سفال و خمیر چینی‌های ظریف است. در نتیجه سختی آنها از چینی‌های اصل کمتر است. از این رو ، حتما باید آنها را با لعاب بپوشانند. این نوع چینی‌ها خود به دو دسته تقسیم می‌شوند:

o        بدل چینی‌های معمولی که خمیر آنها رنگی است و از این رو ، با لعاب کدر پوشانیده می‌شود.

  • بدل چینی ظریف که خمیر آنها مانند خمیر چینی بی‌رنگ است اما بر خلاف چینی در مقابل نور شفاف نیست. معمولا سطح این نوع چینی‌ها را از لعاب بی‌رنگ ورنی مانند و شفاف می‌پوشانند تا ظاهری مانند چینی اصل پیدا کنند.

 

سرامیک

تازه کردن چاپ
علوم طبیعت > شیمی > شیمی کاربردی (صنعتی)
(cached)


دید کلی

از زمانی که انسان غارنشینی را به قصد یافتن مکان زیست بهتر ، پشت سر گذاشت، با مصالح ساختمانی سر و کار پیدا کرده بود. بدیهی است که این مواد از نوع موجود در طبیعت بود، مانند پوست برای بنا کردن خیمه و یا گل و سنگ برای تهیه مسکن دائمی‌. بعدها بشر آموخت که از قطعات چوب و تخته و میخ و پیچ برای استحکام بنا استفاده کند و موادی مانند آهک ، ساروج و سیمان را برای اتصال محکم‌تر قطعات سنگ و یا چوب به یکدیگر بکار بگیرد، ولی خاک رس مهمترین ماده اولیه تهیه بسیاری از مصالح ساختمانی است. خاک رس به صورت ناخالص در تهیه کوزه ، گلدان هاى گلی ، ظروف سفالی ، اشیا و لوله‌هاى سفالی ، سرامیک ، سیمان و به صورت خالص ، در تهیه ظروف چینی و ... مصرف می‌شود.

تعریف

  • از نظر واژه: سرامیک به کلیه جامدات غیر آلی و غیر فلزی گفته می‌شود.

  • از نظر ساختار شیمیایی: کلیه موادی که از مخلوط خاک رس با ماسه و فلدسپار در دمای بالا بدست می‌آیند و توسط توده شیشه مانندی انسجام یافته و بسیار سخت و غیر قابل حل در حلال‌ها و تقریبا گداز ناپذیر می‌‌باشند، سرامیک نامیده می‌شوند.

نقش اجزای سه‌گانه در سرامیک

  • خاک رس: موجب نرمی ‌و انعطاف و تشکیل ذرات بلوری سرامیک می‌شود.

  • ماسه: قابلیت چین خوردن ، پس از خشک و گرم شدن و تشکیل ذرات بلوری سرامیک را کاهش می‌دهد.

  • فلدسپار: در کاهش دادن دمای پخت و تشکیل توده شیشه‌اى و چسباننده ذرات بلوری سرامیک موثر است.

خواص سرامیک‌ها

خواص سرامیک‌ها بسته به نوع و درجه خلوص هر یک از اجزای اصلی ، مواد افزودنی ، لعاب ، زمان حرارت دادن ، مواد اکسنده و کاهنده‌هاى موجود در محیط ، تغییر می‌کند. در قرن حاضر صنعت سرامیک سازی توسعه و تنوع شگرفی یافته و اهمیت و کاربردهای آن نیز وسعت پیدا کرده است.

سرامیک‌های ویژه

  • مقره‌های برق:
    که عایقهای خوبی برای گرما و برق هستند و در آنها از Al2O3 ، Zr2O3 استفاده می‌شود.

  • سرامیک‌های مغناطیسی:
    در در این نوع سرامیک از اکسیدهای آهن استفاده می‌شود. مهمترین کاربرد آنها در تهیه عنصرهای حافظه در کامپیوتر است.

  • سرامیک‌های شیشه‌اى:
    وقتی شیشه معمولی پس از تهیه در دمای بالایی قرار گیرد، تعداد قابل توجهی از ذرات بلور در آن تشکیل می‌شود و خاصیت شکنندگی آن کم می‌گردد و بر خلاف شیشه‌های معمولی دیگر ، ایجاد یا پیدایش شکاف کوچک در آنها ساری نمی‌باشد،‌ یعنی این شکافها خود به خود پیشرفت نمی‌کنند. از این نوع سرامیک‌ها برای تهیه ظروف آشپزخانه یا ظروفی که برای حرارت دادن لازم باشند، استفاده می‌شود که آن را اصطلاحا پیروسرام می‌نامند.

لعابها و انواع آنها

لعابها طیف وسیعی از ترکیبات آلی و معدنی را در بر می‌گیرند. لعاب مربوط به سرامیک معمولا مخلوط شیشه مانندی متشکل از کوارتز ، فلدسپار و اکسید سرب (PbO) است. این اجزا را پس از آسیاب شدن و نرم کردن به صورت خمیری رقیق درمی‌‌آورند. آنگاه وسیله سرامیکی مورد نظر را در این خمیر غوطه‌ور کرده و پس از سرد و خشک شدن ، آن را در کوره تا دمای معین حرارت می‌دهند. پس از لعاب دادن روی چینی ، روی آن مطالب مورد نظر را می‌نویسند و یا طرح مورد نظر را نقاشی می‌کنند و دوباره روی آن را لعاب داده و یک بار دیگر حرارت می‌دهند. در این صورت وسیله مورد نظر پرارزش‌تر و نوشته و طرح روی آن بادوام‌تر می‌شود.


لعابها در انواع زیر وجود دارند:


  • لعاب بی‌رنگ: این نوع لعاب که برای پوشش سطح چینی‌های بدلی ظریف بکار می‌رود، بی رنگ و شفاف است و از مخلوط کلسیم و سیلیس و خاک چینی سفید تهیه می‌شود.

  • لعاب رنگی: برای رنگ آبی از اکسید مس (Cu2O) ، برای رنگ زرد از اکسید آهن (FeO) و برای رنگ سبز از اکسید کروم (Cr2O3) ، برای رنگ زرد از کرومات سرب و برای رنگ ارغوانی از ارغوانی کاسیوس استفاده می‌شود.

  • لعاب کدر: این نوع لعاب که برای پوشش چپنی‌های بدلی معمولی بکار می‌رود و از مخاـوط SnO2 , PbO , SiO2 , Pb3O4 ، نمک و کربنات سدیم تهیه می‌‌شود که آن را پس از ذوب کردن ، سرد کردن و پودر کردن ، در آب به صورت حمام شیر در می‌آورند و شئی لعاب دادنی را در آن غوطه‌ور می‌کنند.

ظروف لعابی

ظروف لعابی درواقع ، نوعی ظروف آهنی هستند که سطح آنها را به منظور جلوگیری از زنگ زدن ، از لعاب می‌پوشانند. البته این نوع ظروف را نباید زیاد گرم یا سرد و یا پرتاب کرد و یا اینکه تحت ضربه قرارداد، زیرا لعاب سطح آنها ترک برداشته و می‌ریزد.

انواع چینی

چینی‌ها در واقع از انواع سرامیک محسوب می‌‌شوند و به دو دسته چینی‌های اصل یا سخت و چینی‌های بدلی تقسیم می‌شوند.


  • چینی‌های اصل:
    • چینی ظرف: که می‌توان آن را نوعی شیشه کدر دانست، مانند ظرف چینی معروف به سور. از ویژگیهای این نوع چینی آن است که لعاب رنگی را به خود می‌‌گیرد.

    • چینی سیلیسی: این نوع چینی که به چینی لیموژ معروف است، درکشورهای فرانسه ، ژاپن و چین تهیه می‌‌شود. مواد اولیه آن خاک چینی سفید ، شن سفید و فلدسپار است.

    • چینی آلومینیوم‌دار: این نوع چینی به نام چینی ساکس و بایو در فرانسه تهیه می‌‌شود و دارای Al2O3 , SiO2 , CaO است.

  • چینی‌های بدلی: خمیر این نوع چینی‌ها ترکیبی حد واسط از خمیر سفال و خمیر چینی‌های ظریف است. در نتیجه سختی آنها از چینی‌های اصل کمتر است. از این رو ، حتما باید آنها را با لعاب بپوشانند. این نوع چینی‌ها خود به دو دسته تقسیم می‌شوند:

    • بدل چینی‌های معمولی که خمیر آنها رنگی است و از این رو ، با لعاب کدر پوشانیده می‌شود.

    • بدل چینی ظریف که خمیر آنها مانند خمیر چینی بی‌رنگ است اما بر خلاف چینی در مقابل نور شفاف نیست. معمولا سطح این نوع چینی‌ها را از لعاب بی‌رنگ ورنی مانند و شفاف می‌پوشانند تا ظاهری مانند چینی اصل پیدا کنند.

مباحث مرتبط با عنوان


 

+ نوشته شده در  یکشنبه 19 آذر1385ساعت 17:16  توسط جلال  | 

ماشینکاری فرا صوتی وپرتو های ماوراء صوت

ماشینکاری فرا صوتی

 

مقدمه:

ماشینکاری آلتراسونیک (USM ) یکی از فرایندهای غیرسنتی ماشینکاری مکانیکی میباشد این فرایند به منظورماشینکاری مواد سخت ویا  شکننده(رسانا و غیر رسانا) که سختی آنها معمولا"بیش از RC 40 است بکار گرفته میشود.این روش ماشینکاری از یک ابزار به شکل معین و حرکت مکانیکی با بسامدبالاو یک دوغاب ساینده استفاده میکند .درUSM  برداشت مواد توسط دانه های سایندهای صورت می گیردکه به وسیله یک ابزاردر حال ارتعاش (به صورت عمود بر سطح قطعه کار) به حرکت واداشته شده اند.  

 

 

 

 

در USM   از اصل تغییر طول مغناطیسی استفاده می شود .هنگامی که یک جسم فرومغناطیس در یک میدان مغناطیسی متغیر پیوسته قرار داده شد طول آن تغییر می کند.

وسیله ای که صورت های دیگرانرﮋی را به امواج مافوق صوت تبدیل می کند مبدل فراصوتی می نامند. مبدل در USM سیگنال الکتریکی با بسامد بالا را به حرکت مکانیکی خطی(یا ارتعاش) با بسامد بالا تبدیل می کند این ارتعاشات بابسامد بالا از طریق ابزارگیر به ابزار منتقل می شود .برای دست یابی به نرخ برداشت ماده(MRR) بهینه ابزارو ابزار گیربه گونه ای طراحی می شوند تا بتوان به حالت تشدید دست یافت .تشدید (یا بیشترین دامنه ارتعاش )زمانی صورت می گیرد که بسامد ارتعاش با بسامد طبیعی ابزار و ابزارگیر یکی شود.

 

 

 

شکل ابزاربه صورت معکوس حفره مورد نظر ساخته می شود.ابزار در موقعیتی بسیار نزدیک به قطعه قرار گرفته و فاصله میان ابزار مرتعش و سطح قطعه کار توسط دوغاب متشکل از ذرات ساینده بسیار ریزمعلق در یک ماده واسطه (معمولا"آب) تشکیل می شود .وقتی ابزار درحرکت رو به پایین خود مرتعش می شود به ذرات ساینده ضربه وارد می کند .این ضربه دانه ها را در فاصله میان ابزارو قطعه کار به پیش می برد.این ذرات مقداری انرﮋی جنبشی به دست آورده و با نیرویی بیشتر از نیروی وزن خود بر سطح قطه کار ضربه می زند .این نیرو برای برداشت ماده از سطح قطعه کاری ترد کافی است و باعث ایجادیک حفره بر روی آن می شود . هر حرکت رو به پایین ابزار ذرات زیادی را شتاب می دهد و باعث تشکیل هزاران براده کوچک در هر ثانیه می شود.به نظرمیرسد در صد  بسایر کمی (در حدود 5%) از ماده نیز توسط پدیده ای به نام فرسایش حفره ای برداشته می شود .برای ثابت باقی ماندن فاصله بسیار کم بین ابزار و قطعه کار معمولا"ابزار به سمت قطعه کار پیشروی می کند.

 

 

اگرچه مقدار MRR به دست آمده در USM کم است امااین فرایند قادربه ماشینکاری حفره های پیچیده در مواد ترد و یا سخت در یک مرحله است. به دلیل عدم وجود تماس مستقیم میان ابزار و قطعه کار USM فرایند مناسبی برای م مواد نازک و شکننده است .همچنین با این روش ماده ترد را بسیار راحت تر از مواد نرم می توان ماشینکاری نمود. به دلیل عدم وجود ولتاﮋ بالا مواد شیمیایی ونیروهای مکانیکی و حرارت در این فرایند آن را به عنوان روشی بسیار ایمن و بی خطر در نظر می گیرند.

 

سیستم ماشینکاری فراصوتی:

 

دستگاههایUSM  موجودتوانیبین 40W  تا 2/4Kw  دارند و از قسمت هایی مانند سیستم تغذیه مبدل انرﮋی ابزار گیر ابزار و ساینده ها تشکیل شده اند .

یک ﮋنراتور موج سینوسی با توان یالا توان الکتریکی با بسامد پایین (60Hz) را به توان الکتریکی با بسامدبالا (~20KHz )تبدیل می کند .این سیگنال الکتریکی با بسامد بالا به یک مولد انرﮋی فرستاده می شود که این مبدل سیگنال را به ارتعاشی با دامنه کم و بسامد بالاتبدیل می کند .بطور کلی مبدل انرﮋی الکتریکی را به ارتعاش مکانیکی تبدیل می کند.دو نوع مبدل در USM مورد استفاده قرار می گیرد:نوع پیزوالکتریکی ویا نوع تغییر طول در اثر میدان مغناطیسی.بلورها ی پیزو الکتریک (مانند کوارتز)به هنگام فشرده شدن جریان الکتریکی کمی تولید می کنند .همچنین زمانی که از یک بلور جریان الکتریکی گذرانده شود بلور منبسط شده و با برداشتن جریان بلور به اندازه اصلی خود بازمی گردد.این اثر باعنوان اثر پیزو الکتریک شناخته می شود این مبدل ها دارای توانی با ظرفیت 900W میباشد.

طول مبدل تغییر طول در اثرمیدان مغناطیسی نیز به هنگام قرار گرفتن در معرض یک میدان مغناطیسی  قوی تغییر می کند . این مبدل ها از ورقه های نیکل ویا آلیاﮋهای آن ساخته شده اند . راندمان تبدیل این مبدل ها(35%-20%) بسیار کمتر از راندمان تبدیل مبدل های پیزو الکتریک تا (95%) است.بنابراین خنک کردن آنها برای از بین بردن حرارت تلف شده ضروری است . ایننوع مبدل ها توانی با ظرفیت تا2/4KW دارند .بیشترین تغییر طول (یادامنه ارتعاش)قابل حصول با این مبدل ها نیز25µm میباشد.

ابزارگیر ابزار را نگه می داردو به مبدل متصل میکند .ابزار گیر در واقع انرﮋی را منتقل کرده و در بعضی موارد دامنه ارتعاش را نیز تقویت می کند .بنابراین جنس ابزار باید خواص صوتی خوب و مقاومت به ترک خستگی بالایی داشته باشد .برای جلوگیری از جوشکاری فراصوتی بین مبدل و ابزارگیر باید اقدامات لازم انجام گیرد به عنوان مثال میتوان آنهارا توسط پیچها با انطباق آزادبه یکدیگر متصل نمود.

مواد استفاده شده برای ابزارگیر معمولا"از جنس مونل تیتانیوم و فولاد های زنگ نزن می باشد. از مونل به دلیل دارا بودن خواص لحیم کاری و صوتی خوب معمولا"برای کاربردهای با دامنه کم استفاده می شود در کاربرد های با دامنه  زیاد جنس ابزارگیر باید استحکام خستگی خوبی داشته باشد . علاوه بر این ابزارگیر ممکن است بصورت  تقویت کننده و یا غیر تقویت کننده باشد .ابزارگیرهای غیر تقویت کننده دارای سطح مقطح گرد هستند ودامنه یکسانی را در دو انتهای ورودی و خروجی می دهند. ابزار گیرهای تقویت کننده حرکت ابزار راتا حدود6 برابر افزایش دادهکه این مقدارافزایش با اعمال کشش و رها کردن ابزارگیر به دست می آید . این نوع ابزارگیرنرخ برداشت مادهای (MRR )در حدود10 برابر بیشتر از ابزارگیر غیر تقویت کننده ایجاد می کند. ابزارگیرهای تقویت کننده گرانتر بوده نیاز به هزینه عملیاتی بیشتری داشته و نیز کیفیت سطح نامطلوب تری را ایجاد می کند.

 

 

ابزار ها معمولا"از مواد نسبتا"شکل پذیر (مانند برنج- فولاد زنگ نزن- فولاد نرم و... ) ساخته می شود.بطوریکه نرخ سایش ابزار(TWR )را بتوان به حداقل رساند.نسبت TWR بهMRR بستگی به نوع ساینده جنس قطعه کار و جنس ابزار دارد . پرداخت سطح ابزار نیز مهم است . چون پرداخت سطح ابزار دست آمده روی قطعه کار اثر می گذارد.ابزار و ابزارگیر نباید دارای زدگی ها ی ماشینکاری و خراشیدگی باشند. تا در برابر شکست زود هنگام در اثر خستگی مصون بمانند. به منظور احتساب اضافه برش ابزارها باید متناسب طراحی شوند.لحیم نقره ی ابزار به ابزارگیر مشکل خستگی که در اتصال پیچی وجوددارد را کاهش می دهد .

معیار های انتخاب دانه ها ی ساینده در USM باید سختی – اندازه ی ذرات- عمر مفیدو هزین