تحقیق فیزیکی امواج

تحقیق فیزیکی امواج

اسلاید 1: تحقیق فیزیکی امواجتهیه کننده : مریم یوسفیشادی فرحزادیامواج امواج فروصوت امواج فراصوت

اسلاید 2: امواج فیلسوف و خیالباف روسی کوزما پروتکوف چنین گفت:اگر به انتشار حلقه های آب توجه نکنید کار شما فقط سرگرمی به شمار می آیدغالبا مشاهده کرده اید که هنگامی که سنکی را داخل آب می اندازیم امواحی پدید می آید که دارای خواص زیرند1 حامل انرژی هستند 2 دارای طول موج عرضی یا ستونی هستنداین امواج جزء امواج مکانیکی هستندمکانیکیالکترومغناطیس

اسلاید 3: امواج فراصوتمکانیکیالکترومغناطیس

اسلاید 4: امواج مايكرو ويو مايكل فارادي با مطالعه ميدان مغناطيسي انتشار نور در شيشه، به سال 1845 دريافت كه نور را مي‌توان به عنوان اختلالات مغناطيسي و به صورت عرضي در نظر گرفت كه خاصيت‌هاي موجي شكل دارد. ماكسول نظريه الكترو مغناطيسي نور را رسماً در 20 سال بعد ارائه نمود و هانريش هرتز اين نظريه را در سال 1888 به صورت كامل به اثبات رساند. او در يكي از آزمايش‌هاي خود، از منعكس‌كننده‌هاي سهموي براي تمركز انرژي الكترومغناطيسي استفاده نمود و توانست بازده انتقال را بهبود بخشد كه ايده آنتن‌هاي با بازدهي بالاي مايكروويو امروزي از همان منعكس‌كننده‌هاي سهموي گرفته شده است. اولين كاربردي كه مي‌توان براي امواج الكترومغناطيسي در نظر گرفت، در حوزه مخابرات است. در سال 1895، گوليمور‌ماركوني توانست سيگنال‌هاي راديويي را تا بيش از يك مايل انتقال دهد. او توانست با استفاده از منعكس‌كننده‌هاي سهموي، اين مسافت را تا 4 مايل هم افزايش دهد تا آنكه در سال 1901 او نخستين پيام مخابراتي را در طول اقيانوس اطلس كه در حدود 3000 مايل مسافت دارد به صورت بي‌سيم انتقال دهد. با اختراع تلفن در سال 1876 توسط بل و گري در عرصه مخابرات، بررسي دقيق‌تر سيگنال‌هاي الكتريكي در خطوط انتقال جايگاه ويژه‌اي پيدا كرد تا آنكه موجبرها نيز در اين عرصه مورد توجه قرار گرفتند. موجبرها، لوله‌هاي فلزي توخالي هستند كه قابليت انتشار امواج الكترومغناطيسي را دارند. در همان سال‌ها موجبرهايي با قابليت انتشار در فركانس 5/1 و 4 گيگاهرتز توسط اليورلاچ ارائه گرديدند.

اسلاید 5: موجبرها، لوله‌هاي فلزي توخالي هستند كه قابليت انتشار امواج الكترومغناطيسي را دارند. در همان سال‌ها موجبرهايي با قابليت انتشار در فركانس 5/1 و 4 گيگاهرتز توسط اليورلاچ ارائه گرديدند. اما توجه داشته باشيد كه در ابتدا امواج مايكروويو بايد توسط مولدهاي مايكروويو توليد شوند تا بتوان آنها را توسط موجبرها انتقال داد. به علت نبود مولدهاي قابل اطمينان مايكروويو بحث موجبرها نيز تا 30 سال به فراموشي سپرده شد تا آنكه در سال 1921 با كار گروهي از دانشمندان كه در زمينه نوسان‌سازهاي شبكه كار مي‌كردند، منابع قابل اطمينان مايكروويو ارائه گرديدند و ارائه مولدهاي مايكروويو در سال 1936 با ارائه يك لامپ با توان خروجي 20 وات و فركانس 3 گيگاهرتز توسط دانشمندان انگليسي و در سال 1937 با ارائه كلسترون توسط برادران واريان ادامه يافت و كم‌كم مشكل مولدهاي مايكروويو مناسب و قابل اطمينان مرتفع گرديد. با پيدايش مولدهاي مناسب، موجبرهاي مايكروويو نيز سريعاً مورد توجه قرار گرفتند و پيشرفت‌هايي در اين زمينه نيز حاصل گرديد. امروزه با گسترش مخابرات ماهواره‌اي، ايستگاه‌هاي رله مايكروويو و رشد رادارهاي تجاري و نظامي، تكنولوژي مايكروويو در عرصه ارتباطات جايگاه ويژه خود را داشته و در شبكه‌هاي كامپيوتري نيز جهت ارتباطات و انتقال ديتاي ديجيتال مورد استفاده قرار مي‌گيرند.اگر طول موج‌هاي موجود در فضاي آزاد را به صورت شكل 6-7 نمايش دهيم، امواج مايكروويو در گستره فركانسي 300 مگاهرتز تا 1000 گيگاهرتز در نظر گرفته مي‌شوند. در واقع كران پايين محدوده فركانسي مايكروويو، ناحيه فركانس راديو و تلويزيون (امواج FM و AM) و كران بالايي آن، امواج مادون قرمز و نورهاي مرئي مي‌باشد. با توجه به نزديكي فركانس امواج مايكروويو به فركانس نور مرئي، از روش‌هاي نوري جهت طراحي آنتن‌ها و عدسي‌هاي مايكروويو مي‌توان استفاده كرد.

اسلاید 6: انتقال برقيکی از ايده هاي جديد توليد انرژي، انتقال انرژي خورشيدی از سطح ماه بصورت بي سيم است. اصول اوليه اين طرح توسط دکتر ديويد کريسول (Dr. David Criswell) محقق دانشگاه هوستون تگزاس و مديرمؤسسه Space Systems Operations ارائه شده است. بر اساس اين طرح، ابتدا مجموعه اي بسيار وسيع از سلولهای خورشيدی بر سطح ماه (که هميشه به طرف زمين است) قرار داده ميشوند تا نور خورشيد را به انرژي الکتريکي تبديل کنند. سپس انرژي الکتريکي حاصله به يک فرستنده مايکروويو ارسال ميشود تا به امواج راديويي در فرکانس 2.5 گيگاهرتز تبديل شده و از آنجا بوسيله آنتنهای با پهنای بيم (beam) بسیار باريک بطرف زمين ارسال گردد. در سطح زمين اين امواج الکترومغناطيسي پر قدرت بوسيله آرايه های بسيار بزرگ (very large array) از آنتنهاي مايکروويو دريافت شده و دوباره به انرژی الکتريکی تبدِل ميشوند. همچنين بخشي از اين امواج توسط ماهواره هاي مخصوصي که در اطراف کره زمين قرار خواهند گرفت به نقاط ديگر کره زمين که در ديد مستقيم ماه نمي باشند منعکس ميشوند. در واقع تبديل انرژی الکتريکی به امواج الکترومغناطيسي اين امکان را ميدهد تا انرژي بصورت بي سيم

اسلاید 7: از يک نقطه به نقطه ديگر منتقل شود و در نقطه مقابل پس از دريافت امواج الکترومغناطيسي با انجام عمل عکس، انرژی ااکتريکی مجدداً توليد گردد (به اين روش اصطلاحاً power beaming ميگويند). تقريباً اساس تمام سيستمهای انتقال برق بدون سيم بر همين پايه استوار است. البته واضح است که بازدهي چنين سيستمهايي در مقايسه با انتقال برق در خطوط برق بسيار پايين است چون مقدار زيادي از انرژی در تبديل برق به امواج الکترومغناطيسي و بالعکس تلف ميشود و بعلاوه مقداري ازانرژی موجود در امواج نيز در فرايند تشعشع وانتقال در محيط (اتمسفرزمين) به هدر خواهد رفت. بااين وجود، دکتر کريسول در مقالات مختلفي که ارائه کرده (بصورت تحليلي به اين مسائل اشاره کرده و با محاسبات مختلف ادعا نموده است که ميزان انرژی توليد شده با احتساب تمام اين تلفات و مخارجی که صرف ساخت و نصب تجهيزات خواهد شد باز مقرون به صرفه خواهد بود و تنها به کسری از يک سنت براي توليد يک کيلو وات بر ساعت برق خواهد رسيد. البته دانشمندان ناسا نيز ايده هاي مشابهي مثل قرار دادن مجموعه اي از سلولهاي خورشيدی و يا حتي صرفاً صفحه های منعکس کننده نور در مدار کره زمين ارائه کرده اند که بحث بر سر اينکه کدام روش مناسبتر است هنوز ادامه دارد.

اسلاید 8: خطرات ناشی از استفاده از تلفن همراهبر اساس يافته‌هاي جديد دانشمندان، امواج راديويي ناشي از تلفن‌هاي همراه تهديد مستقيمي براي سلولهاي سالم به شمار نمي‌رود و فقط موجب افزايش سرعت تكثير سلولهاي سرطاني و رشد تومورها مي‌شود. به گزارش ايسنا به نقل از رويتر، مطالعات جديد دانشمندان ايتاليايي نشان داد كه امواج راديويي تلفن همراه سلولهاي سرطاني را وادار به رشد سريع و بيش از حد معمول مي‌كند، ولي هنوز تاثير سو آن بر سلولهاي سالم به اثبات نرسيده است. در آزمايشات اين محققان، سلولهايي كه به مدت 48 ساعت در آزمايشگاه در معرض امواج راديويي قرار گرفتند دچار لوسمي (نوعي عارضه‌ي خوني) شدند. نتايج حاكي از آن بود، كه 20 درصد از آنها پس از 24 ساعت از بين رفتند ولي با گذشت زمان، ژنهايي كه در سلولها باقي مانده، در اثر يك مكانيزم ناشناخته، فعال شده و با سرعت بيشتري شروع به تكثير كردند. مطالعات دانشمندان ايتاليايي موجب تقويت اين نظريه شد كه تشعشع و امواج راديويي مي‌تواند باعث نابودي DNA و سيستم اصلاح كننده سلولها، كه قادر است جلو رشد تومور را بگيرد، شود. با اين وجود سازمان بهداشت جهاني خواستار انجام تحقيقات بيشتر در خصوص خطرات احتمال ناشي از استفاده از تلفن همراه بر سلامت انسان شد و از مردم تقاضا كرد تا استفاده از گوشي همراه را بويژه براي كودكان محدود كند.

اسلاید 9: حذف خطرات تصويربرداري از جامدات 2 آوريل 2003- محققين دانشگاه دلوار، تحولي عظيم در نانوتکنولوژي تراهرتزي ايجاد کرده‌اند. نتايج کار آنها مي‌تواند در تصويربرداري پزشکي، تشخيص مواد خطرناک و حتي در عمليات نجات کاربرد داشته باشد. اين تيم تحقيقاتي، به کمک يک نانوساختار نيمه‌هادي، روشي را براي کنترل توان فرکانسهاي تراهرتزي کشف کرده‌اند. تراهرتز، افق نهايي مطالعات امواج الکترومغناطيس است و در طيف فرکانسي بين ميکروويو و نور مادون قرمز قرار مي‌گيرد. فرکانس امواج تراهرتز 1000مرتبه بزرگتر از فرکانس امواج ميکروويو و بين 100 تا 1000مرتبه ضعيف‌تر از نورمرئي است. يکي از اعضاي اين تيمم تحقيقاتي اظهار داشت: اين تحقيقات با عملي ‌ساختن دسترسي به امواج تراهرتزي، تحولي را در اين فناوري ايجاد خواهد کرد. ابزار مورد استفاده در کار به اندازة يک سلولي تلفن[7] بوده و قابل حمل نيز مي‌باشد، در صورتي که سيستمهاي تراهرتزي قبلي چنين قابليتي را نداشتند. طبق اظهارات اين محقق، اطلاعات چنداني در ارتباط با فرکانسهاي تراهرتزي در دسترس نيست و فعاليت اين تيم، شامل علوم بنيادي و کاربردهاي عملي اين عرصه مي‌باشد. مي‌دانيم که امواج توسط اتمسفر جذب مي‌شوند. به همين دليل امواج تراهرتز، وسيلة مناسبي براي ارتباطات فواصل دور از طريق هوا نيستند. اما اين امواج براي فواصل نزديک، با ارزش مي‌باشند.

اسلاید 10:  طبق اظهارات اين گروه، از اين امواج مي‌توان در تشخيص ترکيبات شيميايي همچون آلاينده‌ها کمک گرفت. اين امواج همچنين به مولکولها حساس هستند و مي‌توانند از درون مواد جامد عبور کرده و در تصويربرداري و پيمايش[8] مواد مورد استفاده قرار گيرند. امکان پيمايش درون مواد جامد، مبناي عملي جديدي در زمينة امواج تراهرتز است که تاکنون مورد بررسي قرار نگرفته است. اين گروه تحقيقاتي با استفاده از اين امواج به پيمايش سطح پوستة يک تخم‌مرغ پرداخته و درون آن را مشاهده کردند. اين گروه از قابليت کاربرد اين امواج در عرصة پزشکي خبر داده و اظهار مي‌دارند که مي‌توان با استفاده از آنها به مطالعة امراضي همانند سرطان پرداخت که در آنها، سلولها داراي لرزشهاي تراهرتزي مي‌باشند. اين امواج همچنين ابزار قدرتمند ديگر علاوه بر اشعه X در اختيار دندانپزشکان قرار داده و نيز در عمليات نجات جهت تشخيص افراد محصور در زير آوار و همچنين در تشخيص مواد خطرناک کاربرد دارند. قابل ذکر است که تمامي اين امکانات در يک وسيلة قابل حمل با دست جاسازي مي‌شود نه در وسيله‌اي با ابعاد يک اطاق. اين ادوات بر مبناي يک نيمه‌هادي سيليکون ژرمانيوم استوارند. نيمه‌هادي جهت تشخيص باندهاي انرژي مرتبط با امواج تراهرتز بکار مي‌رود. همچنين از فيلترهايي جهت کنترل دقيق فرکانس بهره گرفته مي‌شود. اين کار تحقيقاتي توسط بنياد ملي علوم آمريکا (NSF)، سازمان پروژه‌هاي تحقيقاتي پيشرفته دفاعي (DARPA) و نيروي هوايي آمريکا حمايت مالي مي‌شود.