nx دارای 53 صفحه می باشد و دارای تنظیمات در microsoft word می باشد و آماده پرینت یا چاپ است
فایل ورد nx کاملا فرمت بندی و تنظیم شده در استاندارد دانشگاه و مراکز دولتی می باشد.
این پروژه توسط مرکز nx2 آماده و تنظیم شده است
توجه : در صورت مشاهده بهم ريختگي احتمالي در متون زير ،دليل ان کپي کردن اين مطالب از داخل فایل ورد مي باشد و در فايل اصلي nx،به هيچ وجه بهم ريختگي وجود ندارد
بخشی از متن nx :
مقدمهدر این نوشته هدف اصلی توجیه اثر متقابل فوتون و گراویتون با توجه به نظریه سی. پی. اچ است. نخستین برخورد ها با اثر فوتوالكتریك از دیدگاه الكترومغناطیس كلاسیك صورت گرفت كه توانایی توجیه آن را نداشت. سپس انیشتین این پدیده را با توجه به دیدگاه كوانتومی توجیه كرد. بنابراین نخست میدانها و امواج الكترومغناطیسی كلاسیك را بطور فشرده بیان كرده، آنگاه با ذكر نارسایی
آن به تشریح پدیده فوتوالكتریك از دیدگاه انیشتین می پردازم و سرانجام هر سه اثر فوتوالكتریك، اثر كامپتون و تولید و واپاشی زوج ماده – پاد ماده را با توجه به نظریه سی. پی. اچ. بررسی خواهم كرد. و سرانجام تلاش خواهد شد تا وحدت نیروهای الكترومغناطیس و گرانش را نتیجه گیری كنیم.
نیروهای الكتریكی و مغناطیسی
نیروهای بین بارهای الكتریكی را می توان به دو نوع تقسیم كرد. دو بار نقطه ای ساكن یا متحرك به یكدیگر نیروی الكتریكی وارد می كنند كه از رابطه ی زیر به دست می آید:
Fe=kqQ/r2
كه در آن
وقتی دو بار الكتریكی نسبت به ناظری در حركت باشند، علاوه بر نیروی الكتریكی، نیروی مغناطیسی نیز بر یكدیگر وارد می كنند.از آنجاییكه بررسی نیروها با استفاده از مفاهیم میدان عمیق تر و ساده تر است، می توان گفت كه هر بار الكتریكی در اطراف خود یك میدان الكتریكی ایجاد می كند كه شدت آن در فاصله r از آن، از رابطه ی زیر به دست می آید:
E=kq/r2
حال اگر ذره ی باردار حركت كند، در اطراف آن علاوه بر میدان الكتریكی، یك میدان مغناطیسی نیز ایجاد می شود كه وجود چنین میدان مغناطیسی بصورت تجربی قابل اثبات است اگر ذره ای با بار الكتریكی q در یك میدان مغناطیسی B و با سرعت vحركت كند، نیرویی بر آن وارد می شود كه بر صفحه ی B, v عمود است كه از رابطه ی زیر به دست می آید:
F=qvxB
از این رو، بار q كه به فاصله ی rازQقرار دارد و با سرعتvحركت می كند، یك میدان مغناطیسی در محلQتولید می كند كه از رابطه ی زیر به دست می آید :
بطور خلاصه، در نقطه ای كه میدان الكتریكی و مغناطیسی E , Bوجود دارد، نیروی الكترومغناطیسی وارد بر ذره باردار، با بار qكه با سرعت vحركت می كند برابر است با
میدانهای الكترومغناطیسی
در یك میدان الكتریكی موجود در فضا، به عنوان مثال در بین صفحات یك خازن باردار، انرژی الكتریكی وجود دارد. چگالی انرژی یا انرژی الكتریكی در واحد حجم از رابطه ی زیر به دست می آید :
بطور مشابه چگالی انرژی مغناطیسی مثلاً انرژی مغناطیسی در ناحیه بین قطب های یك آهنربا برابر است با
امواج الكترومغناطیسی
بار الكتریكی ساكن میدان الكتریكی می آفریند. اما بار الكتریكی متحرك علاوه بر میدان الكتریكی، میدان مغناطیسی نیز ایجاد می كند كه در قانون آمپر بخوبی نشان داده شده است. بنابراین در اطراف یك بار الكتریكی متحرك دو میدان الكتریكی و مغناطیسی وجود دارد. یعنی با تغییر میدان الكتریكی، میدان مغناطیسی تولید می شود. همچنین میدان مغناطیسی متغییر نیز نیز به نوبه خود، یك میدان الكتریكی می آفریند كه با قانون فاراده نشان داده می شود. این مطالب نشان می دهد كه چگونه امواج الكترومغناطیسی تولید می شوند. بنابراین یك بار الكتریكی در حال نوسان (شتابدار) در فضا امواج الكتریكی و مغناطیسی تولید می كند. فركانس این امواج برابر است با فركانس بار الكتریكی تولید كننده ی امواج. این میدانها، یك میدان الكترومغناطیسی تشكیل می دهند كه پس از انتشار با سرعت نور c در فضا منتشر می شود.
امواج الكترومغناطیسی كه در بالا توصیف شد بطور نظری در سال 1864 توسط معادلات كلارك ماكسول پیشگویی شد. علاوه بر آن ماكسول نشان داد كه سرعت انتشار این امواج در خلاء از رابطه ی زیر به دست می آید:
شدت موج الكترومغناطیسی شدت موج الكترومغناطیسی برابر است با مقدار انرژی كه از واحد سطح در واحد زمان می گذرد كه از روابط زیر به دست می آید:
امواج الكترومغناطیسی برای اولین بار توسط هانریش هرتز در سال 1887 در آزمایشگاه مشاهده شد. طیف امواج الكترومغناطیسی از امواج رادیویی با طول موجهای بلند تا امواج كوتاه گاما را شامل می شود و نور معمولی بخش بسیار ناچیزی از آن را تشكیل می دهد .
كشف اثر فوتوالكتریك
هرتز در جریان آزمایشهایی كه برای تایید پیشگویی های نظری ماكسول در مورد امواج
الكترومغناطیسی انجام می داد، اثر فوتوالكتریك را نیز كشف كرد. بدین معنی كه هرگاه نور بر فلزات بتابد، سبب صدور الكترون از سطح فلز می شود. وقتی كه فیزیكدانان به تكرار این آزمایش پرداختند، با كمال تعجب متوجه شدند كه شدت نور، تاثیری بر انرژی الكترونهای صادر شده ندارد. اما تغییر طول طول موج نور بر انرژی الكترونها موثر است، مثلاً سرعتی كه الكترونها بر اثر نور آبی به دست می آورند، بیشتر از سرعتی است كه بر اثر تابش نور زرد به دست می آورند.همچنین تعداد الكترونهایی كه در نور آبی با شدت كمتر از سطح فلز جدا می شوند، كمتر از تعداد الكترونهایی است كه بر اثر نور زرد شدید صادر می شوند. اما باز هم سرعت الكترونهایی كه بر اثر نور آبی صادر می شوند، بیشتر از سرعت الكترونهایی است كه توسط نور زرد صادر می شوند. علاوه بر آن نور قرمز، هر قدر هم كه شدید باشد، نمی تواند از سطح بعضی از فلزات الكترون جدا كند.
نارسایی الكترومغناطیس كلاسیك در توجیه اثر فوتوالكتریك
می دانیم الكترونهای ظرفیت در داخل فلز آزادی حركت دارند، اما به فلز مقید هستند. برای جدا كردن آنها از سطح فلز بایستی انرژی به اندازه ای باشد كه بتواند بر این انرژی مقید فائق آید. در صورتیكه این انرژی كمتر از مقدار لازم باشد، نمی تواند الكترون را از سطح فلز جدا كند. طبق نظریه ی الكترومغناطیس كلاسیك، انرژی الكترومغناطیسی یك كمیت پیوسته بود، لذا هر تابشی می بایست در الكترون ذخیره و با انرژی قدیمی كه الكترون داشت، جمع می شد تا زمانیكه انرژی مورد نیاز تامین گردد و الكترون از فلز جدا شود از طرف دیگر چون مقدار انرژی مقید الكترونهای داخل فلز هم ارز هستند، اگرانرژی لازم برای جدا شدن آنها به اندازه ی كافی می رسید، می بایست با جدا شدن یك الكترون از سطح فلز، تعداد زیادی الكترون آزاد شود همچنین با توجه به اینكه انرژی پیوسته است، می بایست انرژی تابشی بین الكترونهای آزاد توزیع می شد تا هنگامیكه انرژی همه ی الكترونها به میزان لازم نمی رسید، نمی بایست انتظار جدا شدن الكترونی را داشته باشیم. به عبارت دیگر نمی بایست به محض تابش، شاهد جدا شدن الكترون از سطح فلز بود.
مكانیك كوانتومی
همزمان با این مشكلات كه مكانیك كلاسیك با آن رو به رو بود، یك رویداد دیگر در شرف تكو
ین بود. در سال 1893 ویلهلم وین نظریه ای در باره ی توزیع انرژی تابش جسم سیاه یعنی مقدار انرژی كه در یك طول موج معین تابش می كند وضع كرد. بر طبق این نظریه فرمولی به دست آمد كه توزیع انرژی را در انتهای بنفش با دقت توصیف می كرد، اما در باره ی توزیع انرژی در انتهای قرمز طیف صدق نمی كرد. از طرف دیگر لرد ریلی و جیمز جینز معادله ای به دست آوردند كه توزیع انرژی را در انتهای قرمز طیف بیان می كرد ولی در انتهای بنفش صدق نمی كرد. ماكس پلانك در باره ی این مسئله به پژوهش پرداخت و متوجه شد كه به جای منطبق ساختن معادلات با واقعیات، ب
اید مفهوم كاملاً جدیدی مطرح كند. به این ترتیب اولین قدم را ماكس پلانك در سال 1900 با معرفی مفهوم كوانتوم یا گسستگی انرژی برداشت. وی تنها زمانی توانست پدیده تابش جسم سیاه را توصیف كند كه فرض كرد مبادله انرژی بین تابش و محیط با مقدارهای گسسته یا كوانتیزه انجام می شود. این نظر پلانك باعث كشف های جدیدی شد كه نتیجه آن ارائه راه حل هایی برای برجسته ترین مسئله های آن زمان بود.
وی اعلام كرد انرژی كمیتی گسسته است كه آن را كوانتوم انرژی نامید و هر كوانتوم انرژی ضریبی از یك پایه انرژی است كه در رابطه ی زیر صدق می كند. E = nhf N عدد صحیح است h یا ثابت پلانك
توجیه كوانتومی پدیده فوتوالكتریك توسط انیشتین
انیشتین در سال 1905 با استفاده از نظریه كوانتومی انرژی پدیده فوتوالكتریك را توضیح داد. بنابر نظریه ی كوانتومی امواج الكترومغناطیسی كه به ظاهر پیوسته اند، كوانتومی می باشند. این كوانتومهای انرژی را كه فوتون می نامند، از رابطه ی پلانك تبعیت می كنند. بنابر نظریه كوانتومی، یك باریكه ی نور با فركانسfشامل تعدادی فوتونهای ذره گونه است كه هر یك دارای انرژیE=hfمی باشد. یك فوتون تنها می تواند با یك الكترون در سطح فلز برهم كنش كند، این فوتون نمی تواند
انرژی خود را بین چندین الكترون تقسیم كند. چون فوتونها با سرعت نور حركت می كنند، بر اساس نظریه نسبیت، باید دارای جرم حالت سكون صفر باشند و تمام انرژی آنها جنبشی است. هنگامیكه ذره ای با جرم حالت سكون صفر از حركت باز می ماند، موجودیت آن از بین می رود و تنها زمانی وجود دارد كه با سرعت نور حركت كند. از این رو وقتی فوتونی با یك الكترون مقید در سطح فلز برخورد می كند و پس از آن دیگر با سرعت منحصر بفرد نور cحركت می كند، تمام انرژیhfخود را
به الكترونی كه با آن برخورد كرده است می دهد. اگر انرژیی كه الكترون مقید از فوتون به دست می آورد از انرژی بستگی به سطح فلز بیشتر باشد، زیادی انرژی به صورت انرژی جنبشی فوتوالكترون در می آید اگر فرض كنیم انرژی بستگی الكترون بر سطح فلزwباشد كه این مقدار برابر باشد با انرژی w=hf0آنگاه یك فوتون با انرژی Hfزمانی می تواند الكترون را از سطح فلز جدا كند كهHf>w=hf0چنانچه انرژی فوتون فرودی بیشتر از انرژی بستگی الكترون باشد، مابقی انرژی بصورت انرژی جنبشی الكترون ظاهر می شود. و خواهیم داشت
Hf=1/2 m0 v2 +hf0
بهمین دلیل اگر انرژی نور تابشی كمتر از انرژی بستگی فوتون باشد، با هر شدتی كه بر سطح فلز بتابد، پدیده فوتوالكتریك روی نمی دهد. علاوه بر آن به محض رسیدن فوتون با انرژی كافی بر سطح فلز، گسیل فوتوالكتریك بی درنگ اتفاق می افتد هرچند در اینجا بحث در مورد اثر تابش بر سطح فلز بود، اما این اثر به فلزات محدود نمی شود. بطور كلی هرگاه فوتونی با انرژی كافی به الكترون مقید برخورد كند، الكترون را از اتم جدا می كند و اتم یونیزه می شود همچنین شدت موج
الكترومغناطیسی در نظریه مكانیك كوانتوم مفهوم جدیدی پیدا كرد. در مكانیك كوانتوم شدت موج تكفام الكترومغناطیسی برابر است با حاصلضرب انرژی هر فوتون در تعداد فوتونهایی كه در واحد زمان از واحد سطح عبور می كنند.اثر كامپتون
در اثر فوتوالكتریك، فوتون همه ی انرژی خود را به الكترون می دهد، اما ممكن است در برخورد فوتون با ذره ی باردار، فوتون تنها قسمتی از انرژی خود را از دست بدهد. این نوع برهم كنش بین امواج الكترومغناطیسی و اجسام، همان پراكندگی امواج الكترومغناطیسی توسط ذرات باردار جسم است. نظریه كوانتومی پراكندگی امواج الكترومغناطیسی، به اثر كامپتون مشهور است كامپتون در سال 1922 با استفاده از تعبیر موفق انیشتین در مورد اثر فوتوالكتریك، مفهوم ذره گونه ی فوتون یعنی طبیعت كوانتومی تابش الكترومغناطیسی را برای توضیح پراكندگی پرتوهای
X به كار برد. در نظریه كوانتومی یك فوتون با نرژی
E=hf=mc2و جرم حالت سكون صفر، كه با سرعت c در حركت است، دارای اندازه حركت خطی pمی باشد. با در نظر گرفتن اینكه اندازه حركت یك فوتون باید برابر جرم نسبیتی در سرعت فوتون باشد، می توان نوشت:p=mc=hf/c=h/كه در آن طول موج است وقتی یك باریكه ی الكترومغناطیسی تكفام را به عنوان مجموعه ای متشكل از فوتونهای ذره گونه كه هریك دارای انرژی و اندازه ی حركت دقیقاً معلوم در نظر بگیریم، عملاً پراكندگی تابش الكترومغناطیسی به صورت مسئله ای كه شامل برخورد فوتون با یك ذره ی باردار است در می آید نظریه كوانتومی ایجاب می كند كه ذره ی باردار در هنگام برخورد با فوتون، انرژی كسب كند. در اینجا فوتون قسمتی از انرژی خود را از دست می دهد و این انرژی به ذره ی باردار منتقل می شود. در این صورت ذره و فوتون هر دو با انرژی و اندازه ی حركت جدید در مسیرهایی كه الزاماً مسیر قبلی نیست به حركت خود ادامه می دهند.
بررسی برخورد كامپتون بین یك فوتون و یك الكترون را می توان در حالت كلی، حتی زمانی كه الكترون مقید است، در نظر گرفت.
با دقت به اثر فوتوالكتریك و اثر كامپتون بخوبی مشاهده می شود كه :1- یك فوتون تمام انرژی خود را به الكترون منتقل می كند.2 – یك الكترون ممكن است قسمتی از انرژی خود را به الكترون منقل كند.3 – در نسبیت فرض می شود كه فوتون دارای جرم حالت سكون صفر است.
اثر موسبوئربیایید یكی از پیشگویی های نسبیت اینشتین را مورد توجه قرار دهیم. طبیق پیشگویی نسبیت هرگاه نور در میدان گرانشی سقوط كند، فركانس و در نتیجه انرژی آن افزایش می یابد كه آن را جابجایی به سمت آبی می گویند. عكس این حالت نیز صادق است، یعنی هنگامیكه نور در حال ترك (فرار) از یك میدان گرانشی است، فركانس و در نتیجه انرژی آن كاهش می یابد كه می گویند جابجایی به سمت سرخ گرانش است. این پیشگویی برای مدتها قابل آزمایش نبود تا آنكه مو
سبوئر در سال 1958 نشان داد كه یك بلور در بعضی شرایط می تواند دسته اشعه ی گاما با طول موج كاملاَ معینی تولید كند. اشعه ی گاما با چنین طول موجی را می توان با بلوری مشابه بلوری كه آن را تولید كرده است جذب كرد. اگر طول موج اشعه ی گاما فقط مختصری با طول موج اشعه ای كه توسط بلور تولید می شود تفاوت داشته باشد، به وسیله آن جذب نخواهد شد. این پدیده را اثر موسبوئر می نامند. آزمایشهایی كه در سال 1960 توسط پوند – ربكا با استفاده از اثر موسب
وئر انجام شد و سالهای بعد نیز تكرار شد، درستی پیشگویی نسبیت را تایید كرد. در نسبیت فركانس و در نتیجه انرژی فوتون در یك میدان گرانشی تغییر می كند كه برای آن روابط زیر ارائه شده است.
1- هنگامیكه فوتون در حال سقوط در یك میدان گرانشی است. f’=f(1+MG/Rc2) یعنی جابجایی به سمت آبی گرانش كه در آن M, G, R, c , f, f’
به ترتیب جرم جسمی كه موجب ایجاد میدان گرانشی شده، ثابت جهانی گرانش، شعاع جسم و سرعت نور و فركانس فوتون قبل از سقوط و فركانس فوتون بعد از سقوط است.2- هنگامیكه فوتون در حال فرار از یك میدان گرانشی است. f’=f(1-MG/Rc2) یعنی جابجایی به سمت سرخ گرانشحال سئوال این است كه برای انرژی آن چه اتفاقی می افتد؟ انرژی فوتون چه می شود؟ و چگونه انرژی آن افزایش می یابد؟ یعنی انرژی به چه چیزی تبدیل می شود؟ و در یك میدان گرانشی چه چیزی به انرژی فوتون تبدیل می شود؟
در نسبیت فوتون دارای جرم حالت سكون صفر است و تنها در شرایط سرعت نور تولید می شود. اما نسبیت هیچ توضیحی در این مورد ندارد كه فوتون چگونه تولید می شود و اجزای تشكیل دهنده ی آن چیست كه موجب می شود فوتون با سرعت نور حركت كند. همچنین مكانیك كوانتوم نیز در این مورد توضیحی ندارد اثر موسبوئر نشان می دهد كه انرژی فوتون در میدان گرانشی تغییر می كند. خوب اگر فوتون تنها دارای انرژی جنبشی است، همانطور كه در توجیه پدیده ی فوتوالكتریك مورد
توجه و استفاده قرار گرفت، و تغییر انرژی فوتون در میدان گرانشی، حامل نكات بسیار مهمی است كه می تواند ما را به بررسی ساختمان فوتون رهنمون شود تا اجزای تشكیل دهنده ی آن را بشناسیم .نظریه سی. پی. اچ. ساختمان فوتون تعریف CPH
فرض كنیم یك ذره با جرم ثابت m وجود دارد كه با مقدار سرعت ثابت Vc نسبت به تمام دستگاه های لخت حركت می كند. وVc>c, c is speed of lightبنابراین سی. پی. اچ. دارای اندازه حركت خطی برابر mVc است
اصل CPH Principle of CPH
سی. پی. اچ. یك ذره بنیادی با جرم ثابت است كه با مقدار سرعت ثابت حركت می كند. این ذره داری لختی دورانی است. در هر واكنش بین این ذره با سایر ذرات یا نیروها در مقدار سرعت آن تغییری داده نمی شود، بطوریكه :GradVc=0 in all inertial frames and any space هنگامیكه نیروی خارجی بر آن اعمال شود، قسمتی از سرعت انتقالی آن به سرعت دورانی (یا بالعكس )تبدیل می شود، بطوریكه در مقدار Vc تغییری داده نمی شود. یعنی اندازه حركت خطی آن به اندازه حركت دورانی و بالعكس تبدیل می شود. بنابراین مجموع انرژی انتقالی و انرژی دورانی آن نیز همواره ثابت است. تنها انرژی انتقالی آن به انرژی دورانی و بالعكس تبدیل می شودهنگامیكه سی. پی. اچ. دارای حرت دورانی حول محوری كه از مرز جرم آن می گذرد است، یعنی زمانیكه سی. پی. اچ. دارای Spin است، آن را گراویتون می نامیم .
ادامه خواندن مقاله در مورد نيرو هاي الکتريکي و مغناطيسي
نوشته مقاله در مورد نيرو هاي الکتريکي و مغناطيسي اولین بار در دانلود رایگان پدیدار شد.