تحقیق درباره الکترومغناطیس
مقدمه
الکتریسیته، برگرفته شده از کلمه یونانی: ήλεκτρον ، اثری است که به دلیل موجودیت بار الکتریکی پدید میآید و همراه با مغناطیس یکی از نیروهای پایه در فیزیک به نام الکترومغناطیس را تشکیل میدهد.
الکترومغناطیس شاخهای از علم فیزیک است که به مطالعهی پدیدههای الکتریکی و مغناطیسی و ارتباط این دو با هم میپردازد. توصیفگر پدیدههای الکترومغناطیسی در فیزیک کلاسیک قوانین ماکسول است.
در سال 1199-1820 هانس کریستان اورستد (1777 - 1851) مشاهده کرد که جریان الکتریکی در یک سیستم میتواند عقربه قطب نمای مغناطیسی را تحت تأثیر قرار دهد. بدین ترتیب الکترومغناطیس به عنوان یک علم مطرح شد. این علم جدید توسط بسیاری از پژوهشگران که مهمترین آنان مایکل فاراده بود تکامل بیشتری یافت.
جیمز کلرک ماکسول قوانین الکترومغناطیس را به شکلی که امروزه میشناسیم ، در آورد. این قوانین که معادلات ماکسول نامیده میشوند.
تاریخچه پیدایش الکترومغناطیس
مبدا علم الکتریسیته به مشاهده معروف تالس ملطی (Thales of Miletus) در 600 سال قبل از میلاد بر میگردد. در آن زمان تالس متوجه شد که یک تکه کهربای مالش داده شده خردههای کاغذ را میرباید. از طرف دیگر مبدأ علم مغناطیس به مشاهده این واقعیت برمیگردد که بعضی از سنگها (یعنی سنگهای ماگنتیت) بطور طبیعی آهن را جذب میکند. این دو علم تا سال 1199 - 1820 به موازات هم تکامل مییافتند.
در سال 1199-1820 هانس کریستان اورستد (1777 - 1851) مشاهده کرد که جریان الکتریکی در یک سیستم میتواند عقربه قطب نمای مغناطیسی را تحت تأثیر قرار دهد. بدین ترتیب الکترومغناطیس به عنوان یک علم مطرح شد. این علم جدید توسط بسیاری از پژوهشگران که مهمترین آنان مایکل فاراده بود تکامل بیشتری یافت.
جیمز کلرک ماکسول قوانین الکترومغناطیس را به شکلی که امروزه میشناسیم ، در آورد. این قوانین که معادلات ماکسول نامیده میشوند، همان نقشی را در الکترومغناطیس دارند که قوانین حرکت و گرانش در مکانیک دارا هستند.
ماهیت امواج چیست؟
امواج مکانیکی و الکترومغناطیسی دو نوع مهم امواجند. امواج در آب و صوت در هوا دو نوع از امواج مکانیکی اند. امواج مکانیکی از یک اختلال یا ارتعاش در ماده (چه جامد، چه مایع، چه گاز یا پلاسما) تولید می شوند. ماده ای که امواج از طریق آن منتقل می شوند، محیط یا واسطه نامیده می شود. امواج آب از ارتعاش یک مایع و امواج صوتی از ارتعاش یک گاز (مانند هوا) تولید می شوند. این امواج مکانیکی حین عبور از محیط، مولکول ها را وادار می کنند به هم ضربه بزنند. امواج صوتی در محیط خلأ نمی توانند سیر کنند زیرا هیچ محیطی برای انتقال این امواج مکانیکی وجود ندارد.
امواج درون یک گودال، مولکول های آب را از جایی به جای دیگر انتقال نمی دهند؛ بلکه انرژی موج از طریق آب انتقال پیدا می کند و مولکول های آب در همان جا باقی می مانند.
امواج الکترومغناطیسی:
همان طور که می دانید، الکتریسیته می تواند از نوع ساکن باشد؛ مانند نوعی انرژی که باعث می شود موهای شما به سمت بادکنک جذب شوند. مغناطیس نیز می تواند استاتیک باشد، مثلا در آهنرباهای به کار رفته در یخچال.
یک میدان مغناطیسی در حال تغییر باعث القای یک میدان الکتریکی در حال تغییر خواهد شد و برعکس. این میدان های در حال تغییر، موج های الکترومغناطیسی تشکیل می دهند. موج های الکترومغناطیسی با موج های مکانیکی فرق دارند و برای انتشار به هیچ محیطی نیاز ندارند. این به معنای آن است که امواج الکترومغناطیسی نه تنها از هوا و مواد جامد می توانند عبور کنند؛ بلکه در خلأ نیز می توانند سیر کنند.
از دهه 1860 تا 1870 دانشمند اسکاتلندی به نام جیمز کلارک ماکسول، نظریه امواج الکترومغناطیسی را توسعه داد. او متوجه شد که میدان های الکتریکی و میدان های مغناطیسی می توانند با هم جفت شوند تا موج های الکترومغناطیسی تشکیل دهند. او این رابطه بین الکتریسیته و مغناطیس را به صورت خلاصه درآورد که اکنون "معادلات ماکسول" نامیده می شوند.
هنریش هرتز، دانشمند آلمانی از نظریه ماکسول برای تولید و دریافت امواج رادیویی استفاده کرد. واحد فرکانس موج رادیویی، یک دور در هر ثانیه است و به افتخار این دانشمند، هرتز نامیده می شود.
آزمایش هرتز با امواج رادیویی، دو مسئله را حل کرد:
نخست این که ماکسول در نظریه های خود اشاره کرده بود که سرعت امواج رادیویی با سرعت نور یکسان است! این ثابت می کرد که امواج رادیویی، شکلی از نور هستند!
دوم آن که هرتز فهمید چگونه می توان باعث شد میدان های الکتریکی و مغناطیسی از سیم ها جدا شده و آزادانه به صورت موج های ماکسول (موج های الکترومغناطیسی) حرکت کنند.
امواج یا ذرات؟
نور از بسته های مجزای انرژی به نام فوتون ها تشکیل شده است. فوتون ها هیچ جرمی ندارند و با خودشان اندازه حرکت حمل می کنند و با سرعت نور حرکت می کنند. نور هم خاصیت ذره ای و هم خاصیت موجی دارد. بسته به نوع ماده یا وسیله، نورمی تواند هر دو خاصیت خودش را نشان دهد. وسیله ای که نور را به طیف تشکیل دهنده آن تجزیه می کند، مثالی از خاصیت موجی نور است. خاصیت ذره ای نور با آشکارسازهای به کار رفته در دوربین های دیجیتال دیده می شود که فوتون های مجزا، الکترون هایی آزاد می کنند که برای آشکار کردن و ذخیره اطلاعات تصویر گرفته شده با دوربین به کار می رود.
قطبش:
یکی از خواص نور این است که می تواند قطبیده (پلاریزه) شود. قطبش، اندازه گیری ای ازجهت گیری میدان الکترومغناطیسی است. در شکل 5 ، میدان الکتریکی (قرمز) به صورت عمودی پلاریزه شده است. به پرتاب یک صفحه گرد به سمت یک نرده نوک تیز فکر کنید. در یک جهت گیری، ممکن است این صفحه از نرده عبور کند و در جهت گیری دیگر ممکن است برگردد. این همانند کاری است که عینک های آفتابی با جذب کردن قسمت پلاریزه نور، تابش خیره کننده را به سوی چشم کم می کنند.
معادلات الکترومغناطیس ماکسول
ماکسول تمام دانش تجربی آن روزگار را در مجموعه واحدی از معادلات ریاضی به طور بارزی خلاصه کرد و جهان علم را شدیداً تحت تاثیر قرار داد. چنانکه همگان به تحسین وی پرداختند. لودویک بولتزمن از قول گوته می نویسد که آیا خدا بود که این سطور را نوشت.
وی به شیوه ای صرفاً نظری نشان داد که میدان مغناطیسی می تواند همانند موجی عرضی در اتر نور رسان انتشار یابد. پذیرش موجی نور به همان اندازه پذیرش یک زمینه ی فراگیر یعنی اتر نور رسان را ایجاب می کرد. ماکسول در این مورد می گوید.
اترها را ابداع کردند تا سیارات در آنها شناور باشند، جوهای الکتریکی و شارهای مغناطیسی را تشکیل دهند، احساس ها را از یک پاره ی پیکر ما به پاره ی دیگر منتقل کنند. ولی آخر، تا آنجا که تمامی فضا سه یا چهار بار از اترها پر شده است... تنها اتری که باقیمانده است، همان است که توسط هویگنس برای توضیح انتشار نور ابداع شده است.
بنابراین سرعت ثابت امواج الکترمغناطیسی بایستی نسبت به یک دستگاه مقایسه می شد، و این دستگاه همان دستگاه اتر بود. یعنی اتر ساکن مطلق فرض می شد و تمام اجسام نسبت به آن در حرکت بودند و سرعت امواج الکترومغناطیسی و در حالت خاص سرعت نور نسبت به اتر ثابت بود. این نظریه در حالی شکل گرفت که نسبیت گالیله ای نیز معتبر و بی نقص تصور می شد. بنابراین اگر سرعت نور نسبت به یک دستگاه لخت c باشد و دستگاه با سرعت v نسبت به اتر در حرکت باشد، در آنصورت سرعت نور نسبت به اتر w برابر خواهد شد با w = c+v چنانچه نور در جهت مخالف دستگاه حرکت کند، آنگاه خواهیم داشت w = c-v نتیجه اینکه در اواخر قرن نوزدهم میلادی فیزیک نظری بر سه بنیاد زیر مبتنی بود.
بر این اساس ماکسول به فکر محاسبه سرعت حرکت منظومه ی شمسی نسبت به اتر افتاد. وی در سال 1879 طی نامه ای که برای تاد در آمریکا نوشت، طرحی را برای اندازه گیری سرعت حرکت منظومه ی شمسی نسبت به اتر پیشنهاد کرد. یک آمریکایی به نام مایکلسون این طرح را دنبال کرد و برای انجام آزمایش تداخل سنجی نیز ساخت و در سال 1880 آزمایش کرد.
آزمایش مایلکسون بر اساس نسبیت گالیله شکل گرفت. در نسبیت گالیله ای همه ی اجسام نسبت به اتر که ساکن فرض شده بود حرکت می کردند. بنابراین اگر جسمی مثلاً زمین نسبت به اتر با سرعت V1 در حرکت بود و جسم دیگری مثلاً یک راکت نسبت به زمین با سرعت V2 حرکت می کرد، انگاه سرعت راکت نسبت به اتر از رابطه ی زیر به دست می آمد: V= V1+V2
سئوال مایکلسون این بود که اگر دو شعاع نورانی یکی عمود بر جهت حرکت زمین و دیگری همجهت با آن به دو آینه که در فاصله مساوی از منبع نور قرار دارند بفرستیم، کدامیک زودتر بر می گردد؟ طبق محاسبات مایکلسون که در ادامه خواهد آمد و با استفاده از نسبیت گالیله ای و مطلق بودن زمان و با توجه به جمع برداری سرعت ها، زمان رفت و برگشت دو شعاع نورانی قابل محاسبه و با توجه به آن می توان سرعت مطلق زمین را نسبت به اتر محاسبه کرد.
با توجه به شکل آزمایش مایکلسون، یک پرتو نوری (مایکلسون از نور خورسید استفاده کرد) به آینه میانی دستگاه برخورد می کند. آینه نیمه اندود است قسمتی از نور را عبور می دهد و بخشی از آن را با توجه به زاویه ای که با نور ورودی تشکیل داده تحت زاویه 45 درجه منعکس می کند.
پرتو عبوری در رفت و بازگست بازوی تداخل سنج را طی می کند که با توجه به اینکه در رفت و بازگشت به ترتیب سرعت های زیر خواهد داشت: c+v and c-v
که در آن c , v به ترتیب سرعت نور نسبت به زمین و سرعت زمین نسبت به اتر است. بنابراین زمان رفت و برگشت پرتو موازی با حرکت زمین برابر خواهد شد با
T1=(L/c+v)+(L/c-v)=2Lc/c2-v2
که در آن L طول بازوی تداخل سنج است.
اما پرتوی که عمود بر جهت حرکت منعکس می شود، قبل از آنکه به منعکس کننده برسد، منعکس کننده قدری جابجا شده و که در این حالت کقدار جابجایی آن با بازوی تداخل سنج و مسیر نور یک مثلث قائم الزاویه تشکیل می دهد. که می توان نشان داد زمان رفت و برگشت تور در جهت عمود بر جهت حرکت رمین برابر است با:
T2=2L/(c2-v2)1/2
با تقسیم طرفین روابط بالا بر یکدیگر و پس از ساده کردن خواهیم داشت: T2=T1/(1-v2/c2)1/2
در این رابطه سرعت نور مشخص است و زمانها با آزمایش قابل محاسبه هستند و تنها مجهول آن v یعنی سرعت زمین نسبت به اتر مجهول بود که طبق پیش بینی مایکلسون بسادگی قابل محاسبه بود.
مایکلسون برای آنکه طول بازوی تداخل سنج هم موجب بروز اشکال نشود با چرخندان آن به اندازه 90 درجه تنها یک طول مورد استفاده قرار گرفت، با این وجود نتیجه ی آزمایش منفی بود. بارها و بارها این آزمایش و حتی با در سال 1987 به کمک مورلی تکرار شد، بازهم نتیجه منفی بود و دو زمان اندازه گیری شده با هم برابر بود. یعنی آزمایش نشان داد که زمین نسبت به اتر ساکن است.
امواج الکترومغناطیسی
امواج الکترومغناطیسی یک رده از امواج است که دارای مشخصات زیر است:
امواج الکترومغناطیسی دارای ماهیت و سرعت یکسان هستند و فقط از لحاظ فرکانس ، یا طول موج باهم تفاوت دارند
در طیف امواج الکترومغناطیس هیچ شکافی وجود ندارد. یعنی هر فرکانس دلخواه را میتوانیم تولید کنیم.
برای مقیاسهای بسامد یا طول موج ، هیچ حد بالا یا پائین تعیین شدهای وجود ندارد.
از جمله منابع زمینی امواج الکترومغناطیسی میتوان به امواج دستگاه رله تلفن ، چراغهای روشنایی و نظایر آن اشاره کرد.
این امواج برای انتشار خود نیاز به محیط مادی ندارند.
قسمت عمده این فیزیک امواج دارای منبع فرازمینی هستند.
امواج الکترومغناطیسی جزو امواج عرضی هستند.
امواج الکترومغناطیسی از طولانیترین موج رادیویی ، با طول موجهای معادل چندین کیلومتر ، شروع شده پس از گذر از موج رادیویی متوسط و کوتاه تا نواحی کهموج ، فروسرخ و مرئی امتداد مییابد. بعد از ناحیه مرئی فرابنفش قرار دارد که خود منتهی به نواحی اشعه ایکس ، اشعه گاما و اشعه کیهانی میشود. نموداری از این طیف که در آن نواحی قراردادی طیفی نشان داده میشوند در شکل آمده است که این تقسیم بندیها جز برای ناحیه دقیقا تعریف شده مرئی لزوما اختیاریاند.
یکاهای معروف فیزیک امواج الکترومغناطیسی
طول موج λ بنا به تناسب مورد ، برحسب متر و همچنین میکرون یا میکرومتر μm ، واحد آنگستروم A و واحد ایکس XU نشان داده میشود.
با بکار بردن متر به عنوان واحد طول ، طول موجهای نوری بایستی بنا به تناسب برحسب ، nm سنجیده شوند، ولی هنوز آنگستروم یک واحد رسمی بوده و به عنوان متداول ترین واحد در طیف نمایی بکار برده میشود.
واحد XU ابتدا به شکل مستقل طوری تعریف شده بود که رابطه آن با آنگستروم به صورت 1A = XU 1002.060بود. این واحد اکنون دقیقا معادل 10-10 یا m 10-13 تعریف شده است.
علی رغم طبقه بندی عمومی تابش با طول موج ، کمیت مهم از نظر ساختار اتمی و مولکولی فرکانس <ν = c/λvacΔE = hv به اختلاف انرژی ΔE بین دو حالت ساکن دستگاه مربوط است. در طول موجهای کوتاهتر مناسبتر آن است که به جای ν واحد متناسب با آن یعنی عدد موجی δ = 1/λvac = c/v جایگزین شود. مؤلفین مختلف واحدهای مختلفی را برای عدد موجی مانند ΄ν ، K و δ بکار میبرند که همگی یکساناند، در این بحث علامت δ انتخاب شده است، زیرا امکان اشتباه آن با خود ν و یا سایر ثابتها کم است.
واحد عدد موجی یک بر سانتیمتر است که گاهی کایزر (K) نامیده میشود. واحد کوچکتر آن میلی کایزر است که (mk) واحد مناسبی برای ساختار فوق ریز و کارهای مربوط به عرض خطی است. هر چند که متخصصین طیف نمایی فرکانس رادیویی برای این قبیل کمیتها واحد فرکانس یعنی MHz را بکار میبرند (MHz 29.979=mk 1 ).
انرژی موج را بر حسب واحد الکترون ولت (ev) بیان میکنند که انرژیهای فوتونی خیلی بالا (مربوط به طول موجهای خیلی کوتاه) یک الکترون ولت معادل 1.6x10-19J است.
طیف نمایی و امواج الکترومغناطیسی
ناحیه مرئی یا نور مرئی (4000-7500 آنگستروم) توسط نواحی فروسرخ از طرف طول موجهای بلند ، فرابنفش از طرف طول موجهای کوتاه ، محصور شده است. معمولا این نواحی به قسمتهای فروسرخ و فرابنفش دور و نزدیک ، با محدودههایی به ترتیب در حدود 30 میکرومتر و 2000 آنگستروم تقسیم میشوند که نواحی مزبور دارای شفافیت نوری برای موادی شفاف از جمله منشورها و عدسیها میباشند.
تا این اواخر ناحیه مرئی متشکل از فروسرخ تا فرابنفش نور توسط گافهایی از نواحی رادیویی و اشعه ایکس سوا میشدند که در آنها بر انگیزش و آشکار سازی تابش با طول موجهای متناسب ممکن نبوده است. اختراع رادار در سالهای جنگ (45 - 1938) راه ورود به نواحی امواج خیلی کوتاه رادیویی یا کهموج را باز کرد، در حالی که در همان زمان طیف شناسان فروسرخ دامنه فعالیت خود را تا به نواحی طول موجهای بلندتر توسعه میدادند. این دو ناحیه هم اکنون ابعاد کوچکتر از میلیمتر روی هم میافتند.
گاف طول موج کوتاه ، بخاطر جالب بودنش برای متخصصین فیزیک پلاسما و اختر فیزیک به خوبی پر شده است. هم اکنون حدود طیف نمایی نوری به زیر 2 آنگستروم رسیده است در حالی که مرز پرتوهای ایکس نرم تا 50 آنگستروم میرسند. تشخیص بین پرتو نوری و پرتو ایکس ، در ناحیه پوشش فوق الذکر بر منشأ خطوط طیفی مبتنی است.
طیف نمایی نوری با گذارهای الکترونهای خارجی یا ظرفیتی و طیف نمایی اشعه ایکس با گذارهای الکترونهای داخلی مربوط میکند. طیفهای نوری ، طول موجهای خیلی کوتاه از الکترونهای خارجی عناصری با درجه یونش بسیار بالا بوجود میآیند.
تابش الکترومغناطیسی
امواج الکترومغناطیسی نوعی موج عرضی پیشرونده هستند که از میدانهای الکتریکی و مغناطیسی ساخته شدهاند. این شکل موجی را نشان میدهد که از چپ به راست میرود. میدان الکتریکی در صفحهٔ عمودی و میدان مغناطیسی در صفحهٔ افقی هستند.
تابش الکترومغناطیسی یا انرژی الکترومغناطیسی بر اساس تئوری موجی، نوعی موج است که در فضا انتشار مییابد و از میدانهای الکتریکی و مغناطیسی ساخته شدهاست. این میدانها در حال انتشار بر یکدیگر و بر جهت پیشروی موج عمود هستند.
گاهی به تابش الکترومغناطیسی نور میگویند، ولی باید توجه داشت که نور مرئی فقط بخشی از گسترهٔ امواج الکترومغناطیسی است. امواج الکترومغناطیسی بر حسب بسامدشان به نامهای گوناگونی خوانده میشوند: امواج رادیویی، ریزموج، فروسرخ (مادون قرمز)، نور مرئی، فرابنفش، پرتو ایکس و پرتو گاما. این نامها به ترتیب افزایش بسامد مرتب شدهاند.
ماهیت فیزیکی
امواج الکترومغناطیسی را نخستین بار ماکسول پیشبینی کرد و سپس هاینریش هرتز آن را با آزمایش به اثبات رساند. ماکسول پس از تکمیل نظریهٔ الکترومغناطیس، از معادلات این نظریه شکلی از معادلهٔ موج را به دست آورد و بنابراین نشان داد که میدانهای الکتریکی و مغناطیسی هم میتوانند رفتاری موجگونه داشته باشند. سرعت انتشار امواج الکترومغناطیسی از معادلات ماکسول درست برابر با سرعت نور به دست میآمد، و ماکسول نتیجه گرفت که نور هم باید نوعی موج الکترومغناطیسی باشد.
طبق معادلات ماکسول، میدان الکتریکی متغیر با زمان باعث ایجاد میدان مغناطیسی میشود و برعکس. بنابراین اگر یک میدان الکتریکی متغیر میدان مغناطیسی بسازد، میدان مغناطیسی نیز میدان الکتریکی متغیر میسازد و این گونه موج الکترومغناطیسی ساخته میشود و پیش میرود.
نظریهٔ کوانتومی برهمکنش بین تابش الکترومغناطیسی و ماده را نظریهٔ الکترودینامیک کوانتومی توصیف میکند.
طیف الکترومغناطیسی
امواج الکترومغناطیسی بر حسب بسامدشان به نامهای گوناگونی خوانده میشوند: امواج رادیویی، ریزموج، فروسرخ (مادون قرمز)، نور مرئی، فرابنفش، پرتو ایکس و پرتو گاما. این نامها به ترتیب افزایش بسامد مرتب شدهاند.
از بسامد |
تا بسامد |
نام طیف بسامدی |
به انگلیسی |
۳ اگزاهرتز |
پرتو ایکس سخت |
HX |
|
پرتو ایکس نرم |
SX |
||
پرتو فرابنفش دور |
EUV |
||
پرتو فرابنفش نزدیک |
NUV |
||
فروسرخ نزدیک |
NIR |
||
موج کوتاه فروسرخ |
SIR |
||
موج متوسط فروسرخ |
MIR |
||
موج بلند فروسرخ |
HIR |
||
فروسرخ بسیار دور |
FIR |
||
بسامد مافوق بالا (ریزموج) |
EHF |
||
بسامد بسیار بالا (ریزموج) |
SHF |
||
بسامد فرابالا (ریزموج) |
UHF |
||
بسامد خیلی بالا (ریزموج) |
VHF |
||
بسامد بالا (ریزموج) |
HF |
||
بسامد متوسط(ریزموج) |
MF |
||
بسامد پایین(ریزموج) |
LF |
||
بسامد خیلی پایین(ریزموج) |
VLF |
||
۳۰۰ هرتز |
بسامد در حد صوت(ریزموج) |
VF |
تابش خورشید و زمین
خورشید، این راکتور گرما-هستهای بزرگ، در سرتاسر طیف الکترومغناطیسی تابش میکند. از پرتوهای x و پرتوهای کیهانی گرفته تا موجهای رادیویی به طول موجهایی تا ۱۵m یا بیشتر. اما چون سطح آن داغ است (۶۰۰۰ سانتیگراد)، بیشتر انرژی آن در طول موجهای نسبتاً کوتاه (فرابنفش، مرئی و فروسرخ نزدیک) است و مقدار بیشینه تابش در طول موج نزدیک به ۰٫۵ میکرومتر گسیل میشود. علاوه بر این، پرتوهای فروسرخ خورشید نیز برای ما منبع گرما بشمار میآیند.
با بهرهگیری از فرمولهای تابش پلانک، پی میبریم که انرژی گسیل شده از جسمی با دمایی برابر با دمای زمین نیز باید در محدوده فروسرخ باشد و طول موجهای بارز این تابش نیز تقریباً در محدوده ۱۰ میکرومتر متمرکز است.
از آنجا که زمین همواره در حالت شبه ترازمندی است، درمییابیم به همان اندازه که از خورشید انرژی دریافت میکند، با تابش LW به فضا انرژی از دست میدهد. به این ترتیب، مناسبترین شرایط برای زیست موجودات زنده در این کره خاکی فراهم میشود.
کاربردهای امواج الکترومغناطیسی
کاربردهای امواج الکترومغناطیسی در مخابرات: از این جمله میتوان فیبر نوری ، دستگاه رله تلفن ، موجبرها ، ماهواره و ... اشاره کرد.
کاربردهای امواج الکترومغناطیسی در نظامی: مانند بمب الکترومغناطیسی ، انواع رادار ، ردیابهای موشک و ... .
کاربردهای امواج الکترو مغناطیسی در پزشکی: از قبیل عکسبرداری مغناطیسی ، رادیولوژی ، سونوگرافی با لیزر ، کاربرد اشعه ایکس و گاما در فیزیک پزشکی و ... .
کاربردهای امواج الکترومغناطیسی در صنعت: انواع برشکاریهای لیزری ، قطار الکترومغناطیسی و صندلی مغناطیسی و ... .
کاربردهای امواج الکترومغناطیسی در اخترشناسی: با مطاله طیف الکترومغناطیسی گسیل شده از جو میتوان به ساختار اجرام آسمانی پیبرد.
اشعه مادون قرمز
مادون در لغت به معنای زیر دست و قرمز به معنای هر چه به رنگ خون باشد، است. پس میتوان گفت که مادون قرمز اشعه بسیار ریز و قرمز رنگ است.
کشف هرسل اولن گام در ایجاد پدیدهای که ما آن را طیف الکترومغناطیسی مینامیم. نور مرئی و پرتوهای مادون قرمز دو نمونه اشکال فراوانی از انرژی هستند که توسط تمام اجسام موجود در زمین و اجرام آسمانی تابانده میشوند. مادون قرمز در طیف الکترومغناطیسی دارای محدوده طول موجی بین 0.78 تا 1000 میکرو متر است. تنها با مطالعه این تشعشعات است که میتوانیم اجرام آسمانی را تشخیص و تمیز دهیم و تصویری کامل از چگونگی ایجاد جهان و تغییرات آن بدست آوریم. در سال 1800 سر ویلیام هرشل یک نمونه نامرئی از تشعشعات را کشف کرد که این نمونه دقیقا زیر بخش قرمز طیف مرئی قرار داشت. او این شکل از تشعشعات را مادون قرمز نامید.
Great house و همکارانش طی مطالعهای تاثیر لیزر مادون قرمز را به انتقال عصبی ، عصب رادیال بررسی کردند. زمان تاخیر ، دامنه پتانسیل عمل و دما ، متغیرهای مورد آزمایش مشاهده نشد.Lynn Snyder و همکارانش اثر لیزر کم توان هلیوم - نئون را بر زمان تاخیر شاخه حسی عصب رادیال در دو گروه لیزر و پلاسبو بررسی نمودند و مشاهده کردند که در گروه لیزر ، افزایش معنی دارا در زمان تاخیر حسی پس از بکارگیری لیزر ایجاد گردیده است.
Bas Ford و همکارانش طی مطالعهای اثر لیزر کم توان هلیوم - نئون را بر شاخه حسی اعصاب رادیال و مدین بررسی کردند. هیچ اختلاف معنی داری در دامنه پتانسیل عمل ، زمان تاخیر و دما ساعد بعد از بکارگیری لیزر مشاهده نشد.Baxter و همکارانش افزایش معنی دار در زمان تاخیر عصب مدین بعد از بکارگیری لیزر گرارش کردند. Low و همکارانش کاهش دما را به دنبال تابش لیزر کم توان مادون قرمز دیدند.
گرمایی که ما از خورشید یا از یک محیط گرم احساس میکنیم، همان تشعشعات مادون قرمز یا به عبارتی انرژی گرمایی است. حتی اجسامی که فکر میکنیم خیلی سرد هستند، نیز از خود انرژی گرمایی منتشر میسازند (یخ و بدن انسان). سنجش و ارزیابی انرژی مادون قرمز ساطع شده از اجرام نجومی به علت اینکه بیشترین جذب را در اتمسفر زمین دارند مشکل است. بنابراین بیشتر ستاره شناسان برای مطالعه انتشار گرما از این اجرام از تلسکوپهای فضایی استفاده میکنند.
تلسکوپها و آشکارسازهایی که توسط ستاره شناسان مورد استفاده قرار میگیرند نیز از خودشان انرژی گرمایی منتشر میسازند. بنابراین برای به حداقل رساندن این تاثیرات نامطلوب و برای اینکه بتوان حتی تشعشعات ضعیف آسمانی را هم آشکار ساخت، اخترشناسان معمولا تلسکوپها و تجهیزات خود را به درجه حرارتی نزدیک به 450?F ، یعنی درجه حرارتی حدود صفر مطلق ، میرسانند. مثلا در یک ناحیه پرستاره ، نقاطی که توسط نور مرئی قابل رویت نیستند، با استفاده از تشعشعات مادون قرمز بخوبی نشان داده میشود. همچنین مادون قرمز میتواند چند کانون داغ و متراکم را همره با ابرهایی از گاز و غبار نشان دهد. این کانونها شامل مناطق پرستارهای هستند که در واقع میتوان آنها را محل تولد ستارهای جدید دانست. با وجود این ابرها ، رویت ستارههای جدید با استفاده از نور مرئی به سختی امکانپذیر است.
اما انتشار گرما باعث آشکار شدن آنها در تصاویر مادون قرمز میشود. اختر شناسان با استفاده از طول موجهای بلند مادون قرمز میتوانند به مطالعه توزیع غبار در مراکزی که محل شکل گیری ستارهها هستند، بپردازند. با استفاده از طول موجهای کوتاه میتوان شکافی در میان گازها و غبارهای تیره و تاریک ایجاد کرد تا بتوان نحوه شکل گیری ستارههای جدید را مورد مطالعه قرار داد. فضای بین ستارهای در کهکشان راه شیری ما نیز از تودههای عظیم گاز و غبار تشکیل شده است. این فضاهای بین ستارهای یا از انفجارهای شدید نواخترها ناشی شدهاند و یا از متلاشی شدن تدریجی لایههای خارجی ستارههایی جدید از آن شکل میگیرند. ابرهای بین ستارهای که حاوی گاز و غبار هستند، در طول موجهای بلند مادون قرمز خیلی بهتر آشکار میشوند (100 برابر بیشتر از نور مرئی).
اخترشناسان برای دیدن ستارههای جدید که توسط این ابرها احاطه شدهاند، معمولا از طول موجهای کوتاه مادون قرمز برای نفوذ در ابرهای تاریک استفاده میکنند. اخترشناسان با استفاده از اطلاعات بدست آمده از ماهوارهای نجومی مجهز به مادون قرمز صفحات دیسک مانندی از غبار را کشف کردند که اطراف ستارهها را احاطه کردهاند. این صفحات احتمالا حاوی مواد خامی هستند که تشکیل دهنده منظومههای شمسی هستند. وجود آنها خود گویای این است که سیارهها در حال گردش حول ستارهها هستند.
اگر نگاه دقیق و علمی به یک طیف الکترومغناطیسی بیندازیم، میبینیم که از یک طرف طیف تا سوی دیگر آن ، انواع تشعشعات و پرتوها بر اساس طول موج و فرکانسهای مختلف قرار دارند، از آن جمله میتوان به تشعشعات گاما ، اشعه ایکس ، ماورای بنفش ، نور مرئی ، مادون قرمز و امواج رادیویی اشاره کرد. هر کدام از این پرتوها و تشعشعات همگام با پیشرفت بشر ، به نوبه خود چالشهایی را در زمینههای علمی پدید آوردهاند که در اینجا علاوه بر کاربرد مادون قرمز در شاخه ستاره شناسی ، اشارهای به کارآیی چشمگیری این پرتو در رشته پزشکی خواهیم داشت.
بکار بردن گرما یکی از متداولترین روشهای درمان فیزیکی است. از موارد استعمال درمانی مادون قرمز موارد زیر را میتوان ذکر کرد.
با وجود حرارت ملایم ، کاهش درد به احتمال زیاد بواسطه اثر تسکینی بر روی پایانههای عصبی ، حسی ، سطحی است. همچنین به علت بالا رفتن جریان خون و متعاقب آن متفرق ساختن متابولیتها و مواد دردزای تجمع در بافتها ، درد کاهش مییابد.
تابش این اشعه راه مناسبی برای درمان اسپاسم و دستیابی به استراحت عضلانی میباشد.
در درمان زخمهای سطحی و عفونتهای پوستی ، برای اینکه فرآیند ترمیم به خوبی انجام گیرد، باید به مقدار کافی خون به ناحیه مورد نظر برسد و در صورت وجود عفونت نیز افزایش گردش خون سبب افزایش تعداد گلبولهای سفید و کمک به نابودی باکتریها میکند. از این پرتو میتوان برای درمان مفصل آرتوریتی و ضایعات التهابی نیز استفاده کرد.
از مهمترین کابردهای تشخیصی آن میتوان توموگرافی را نام برد. اصطلاح ترموگرافی به عمل ثبت و تفسیر تغییراتی که در درجه حرارت سطح پوست بدن رخ میدهد، اطلاق میشود. تصویر حاصل از این روش که توموگرام نامیده میشود، بخش الگوی حرارتی سطح بدن را نشان میدهد. در توموگرافی ، آشکار ساز ، تشعشع حرارتی دریافت شده توسط دوربین را به یک سیگنال الکترونیکی تبدیل میکند و سپس آن را علاوه بر تقویت بیشتر ، پردازش میکند تا اینکه یک صفحه کاتودیک مثل مونیتور تلویزیون آشکار شود.
تصاویر بدست آمده به صورت سایههای خاکستری رنگ میباشند، بدین معنی که سطوح سردتر به صورت سایههای خاکستری روشن دیده میشوند و در نوع رنگی آن نیز نواحی گرم ، رنگ قرمز و نواحی سرد ، رنگ روشن خواهند داشت. درجه حرارت پوست بدن در نتیجه فرآیندهای فیزیکی ، فیزیولوژیک طبیعی یا بیماری تغییر میکند. از این خاصیت تغییر گرمایی در عضوی خاص یا در سطح بدن برای آشکارسازی یک بیماری استفاده میشود که مهمترین آنها به قرار زیر است.
از طرف دیگر خطرهایی نیز در استفاده از مادون قرمز وجود دارد که میتوان به سوختگی الکتریکی (در اثر اتصال بدن به مدارات الکتریکی دستگاه) سر درد ، تولید ضعیف در بیمار و آسیب به چشمها در اثر تابش مستقیم پرتو اشاره کرد.
بررسی تأثیرات شگرف نماز بر روی امواج بدن انسان
هارولدبور
از دانشگاه بیل برای اولین بار با انجام یک آزمایش ساده به وجود میدان مغناطیسی
دراطراف موجود زنده پی برد. او با توجه به یک مولد الکتریکی که در آهنربا در داخل
سیم پیچ می چرخد و جریان تولید می کند، سمندری را در یک ظرف آب نمک قرار داد و ظرف
را به دور سمندر چرخاند. الکترودهایی که در این ظرف وجود داشتند و به یک
گالوانومتر حساس متصل شده بودند، یک جریان متناوب را نشان می دادند. زمانی که بور
این آزمایش را بدون سمندر انجام داد، گالوانومترهیچ جریانی را نشان نداد. این بدان
معنا بود که در اطراف موجود زنده میدانی وجود دارد که خاصیت مغناطیسی هم دارد. بور
این وسیله را روی دانشجویان داوطلب خود امتحان کرد و مشاهده نمود که این میدان در
بدن انسان هم وجود دارد و کاملا تابع رویدادهای اساسی زیست شناسی بدن است. اولین
میدان « میدان حیاتی » نامید چون هر گاه حیاط از بین برود، میزان حیاتی هم از بین
می رود. به گونه ای که یک سمندر مرده که در دستگاه بود هیچ پتانسیلی به وجود نمی
آورد.
تشکیل
میدان مغناطیسی
همان
گونه که می دانید دربدن ما میلیون ها عصب وجود دارد که کار انتقال پیام در بدن به
وسیله تحریک الکتریکی این عصب ها صورت می گیرد. در اثر شارش بار در اطراف آن ها در
بدن ما یک میدان تشکیل می شود و میدان بدن در اثر فعالیت هم زمان میلیون ها عصب به
وجود می آید.
امواج
مغزی
دستگاه موج نگاه مغز چهار نوع منحنی از امواج مغزی ارائه می دهد که عبارتند از: آلفا، بتا، دلتا و دتا. ریتم های دلتا کند ترین امواج مغزی با تناوب 1تا 3 دور در ثانیه بوده و اغلب در خواب عمیق ظاهر می شوند. به نظر می رسد که ریتم های تتا که دارای تناوب 4 تا 7 دور در ثانیه می باشند به خلق و خوی افراد بستگی داشته باشد. ریتم های آلفا از 8 تا 12 دور در ثانیه، در اوقات تفکر و تأمل آزاد رخ داد مو در صورت تمرکز حواس و توجه قطع می شوند و بالاخره ریتم های بتا با تناوب 13 الی 22 دور در ثانیه ظاهراً منحصر به نواحی جلویی مغز، یعنی جایی که فعالیت های پیچیده مغزی رخ می دهد، می باشند. امواج آلفا امواج بسیار مهمی هستند که به وسیله هانسبرگر آلمانی کشف شدند و به گفته وی با نوعی هوشیاری و خود آگاهی معطوف به درون ظاهر می شوند، تغییرات فیزیلوژی مهمی در بدن ایجاد می کنند مثل تمرکز و یاد گیری.
میدان
مغناطیسی بدن و امواج مغزی در معرض خطر
حتماً تا به حال درباره خطرات گوشی های موبایل یا زندگی در نزدیکی نیروگاه های برق چیز هایی شنیده اید. بنابر تحقیقات پروفسور« لای» امواج مغناطیسی که از نیروگاه های برق یا وسایل برقی مثل سشوار و ریش تراش برقی و... ساطع می شود به دی ان ای سلول های مغزی آسیب می رساند و قابلیت ترمیم را در آن ها از بین می برد. میدان های مغناطیسی خارجی علاوه بر آسیب رساندن به دی ان ای مغز اثر منفی دیگری هم در بدن دارند. این میدان ها باعث اختلال در میدان مغناطیسی طبیعی بدن می شوند. همان طور که می دانید نزدیک به 70 در صد بدن ما از آب تشکیل شده است. مولکول های آب به صورت دو قطبی هستند و زمانی که ما در معرض یک میدان مغناطیسی خارجی قرار می گیریم،این مولکول ها در جهت آن میدان قرار می گیرند و این پدیده باعث می شود نظم میدان مغناطیسی ما به هم بریزد. علاوه بر عوامل خارجی یک سری عوامل داخلی نیز وجود دارند که باعث می شوند اختلال در میدان بدن ایجاد شود. مهم ترین آن ها بارهای الکتریکی هستند که هنگام شارش بار در عصب در اطراف آن به وجود می آیند و به صورت الکتریسیته ی ساکن در بافت های بدن ذخیره می شوند و میدانی در اطراف این بارها به وجود می آیند و در میدان بدن ایجاد خلل می کنند. این بارها بخصوص در نقاطی که تراکم اعصاب بیش تر است ذخیره می شوند و به دلیل این که تراکم زیادی دارند و هم در نزدیکی عصب های بیش تر و مهم تری قرار دارند برای بدن به شدت مضر هستند. از جمله این نقاط ناحیه ی سر و دست ها و قسمت مچ پا به پایین است و در بین این سه قسمت، سر اهمیت ویژه ای دارد چون بارهای ذخیره شده در آن علاوه بر ایجاد خلل در میدان مغناطیسی مغز باعث اختشاش در امواج مغزی نیز می شوند. به ظاهر ما روزانه تنها دقایقی را در معرض میدان مغناطیسی هستیم مثل موبایل و سشوار و ... ، اما در طول دوران زندگی خود در معرض میدانی بسیار قوی هستیم و آن میدان مغناطیسی زمین است. عوامل داخلی اختشاش در میدان بدن ما هم فعالیت هایی حیاتی و اجتناب ناپذیری هستند که در تمام طول عمر ما در جریان اند پس چگونه می توان باعث خلل این اثرات سوء که موجب اختلال در بدن ما و بیماری هایی مثل سرطان می شوند را خنثی کرد؟ در اینجاست که باید گفت خداوند راه حل تمام این سؤالات را در یک عمل ساده که امکان انجام آن برای همه ی افراد وجود دارد و بیش از چند دقیقه هم وقت نمی برد و هیچ ضرری هم ندارد به انسان هدیه داده و آن نماز است.
نماز و میدان مغناطیسی
آنگونه که از تصاویر بدست آمده از میدان مغناطیسی زمین پیداست، به طور شگفت انگیزی اگر انسان در هر نقطه از زمین رو به قبله بایستد، میدان مغناطیسی بدنش بر میدان مغناطیسی زمین منطبق می گردد و در مدتی که در نماز است میدان بدنش منظم می شود. یکی از نکات جالبی که پروفسور بور به آن دست یافته بود این بود که در تمام دانش جویان مؤنث ماهی یک بار تغییر ولتاژ شدید ایجاد می شود و میدان بدن به منظم ترین حالت خود می رسد و به همین دلیل است که زنان نیازی ندارند که در این مدت نماز بخوانند. اخیراً هم کشف شده است، علت این که قلب زنان منظم تر و قوی تر از مردان می زند، همین تغییر ولتاژ است.
نماز و بارهای الکتریکی
همان طور که قبلاً اشاره شد بارهای زائدی که در اثر تحریکات الکتریکی اعصاب به وجود می آیند هم شبیه به میدان بدن و هم بر امواج مغزی اثر سوء دارند و این اثرات در نواحی که اعصاب در آن تحرک بیشتری دارند، خطرات جدی تری ایجاد می کنند و باید هرچه سریع تر از آن ناحیه ها دور شوند. به طرز حیرت آوری می بینیم که این نواحی دقیقاً ناحیه هایی هستند که در وضو شسته می شوند و بنا بر تحقیقات صورت گرفته، بهترین راه دفع این بارهای زائد استفاده از یک ماده ی رساناست که سریع ترین و ارزان ترین و بی ضرر ترین ماده برای این کار آب است و جالب اینجاست که آب هرچه خالص تر باشد، سریع تر بارهای ساکن را از بدن ما به اطراف گسیل می دهد و هیچ مایعی مثل آب خالصی که در وضو به انسان سفارش شده، این اثر را ندارد.
نماز
و امواج مغزی
با دفع بارهای زائد بدن در وضو امواج مغزی در ایده آل ترین حالت قرار می گیرند. علاوه بر آن حالت تمرکزی که هنگام نماز در انسان به وجود می آید، تشعشع امواج آلفا را به اندازه ی قابل توجهی افزایش می دهد و توانایی مغز را در تولید این امواج بالا می برد.
نماز،
امواج و نتیجه گیری
با وجود مباحثی از این دست که بعضاً به مدد علم و دانش برای انسان ها تشریح و تبیین می شود، میتوان به این اصل مهم پی برد که همه ی دستورات دین علاوه بر تطهیر روح، باعث تثبیت سلامتی جسم نیز می شود و به واقع کشفیاتی از این دست باید هشدار و تلنگری به حساب آید که در نعمات خداوندی دقیق تر شویم.
بمبهای الکترومغناطیسی
انسان متمدن امروزی وابستگی عمیقی به برق دارد.به طوری که قطع طولانی وحتی کوتاه این منبع انرژی اختلالات بیشماری را در زندگی بشر به همراه خواهد داشت.در ظرف یک ساعت از قطع جریان برق، آدمی به ارزش آن پی برده وقدردان این نعمت بزرگ خواهد شد.چند ساعت بعد ، کنترل خودرا از دست خواهد دادوکلافه وعصبی به این طرف و آن طرف قدم می زند.بعد از چند روز قطع برق وفقدان نور ،گرما یا سرما ،تلویزیون ودیگر لوازم برقی ،زندگی برایش غیر قابل تحمل خواهد شد.
نیاز انسان به برق خیلی گسترده تر از مثال هایی است که در بالا عنوان شد؛اگر شهری با قطع برق مواجه شودومنابع جایگزین کافی ومناسب برای رفع نیازهای اساسی شهروندان وجود نداشته باشد؛مردم آسیب های فراوان خواهند دید .
شرکت ها وکارخانجات،خسارت های مالی سنگین متحمل خواهند شد ومیلیون ها دلار مواد غذایی فاسد خواهند شد . بمب های الکترومغناطیسی یا بمب های الکترومغناطیسی به جای قطع برق یک منطقه تمامی ماشین هایی را که از الکتریسیته نیرو می گیرند را نابود می کنند
یک بمب الکترو مغناطیسی سلاحی است که از وابستگی عمیق انسان به برق بهره می بردوبر همین اساس طراحی شده است.با به کارگیری یک نمونه از این بمب های الکترومغناطیسی در یک منطقه ،ژنراتورها از کار خواهند افتاد،موتور اتومبیل ها دیگر روشن نخواهند شد وحتی امکان برقراری ارتباط تلفنی نیز وجود نخواهد داشت.به عبارت دیگریک بمب الکترومغناطیسی اساسی وپیشرفته ی بزرگ می تواند یک شهر را از نظر امکانات وتجهیزات زندگی ،200سال به عقب برگرداند
ارتش ایالات متحده از سال ها پیش ،ایده ی بمب های الکترو مغناطیسی را دنبال می کرده است وخیلی ها معتقدند هم اکنون چنین جنگ افزاری در زرادخانه ی این کشور موجود است.همچنین تروریست ها می توانند با ساخت بمب های الکترومغناطیسی ساده وباتکنولوژی پایین،خطری برای کشورها به حساب آیند.
اساس کار بمب الکترومغناطیسی (ایی ام پی) یا به طور کامل تر(الکترومگنتیک پالس) یک سلاح با پالس الکترو مغناطیس که آن را می نامندتقریبا ساده است ،اینگونه بمبها جهت غلبه بر جریان برق ،توسط یک میدان الکترومغناطیسی قوی طراحی شده اند.همه میدانیم که یک میدان الکترومغناطیسی به خودی خود ،اثر خطرناکی ندارند .سیگنال های رادیویی که امواج اف ام،ای ام،تلویزیون ومکالمات موبایل را مخابره می کنند تماما الکترو مغنا طیسی هستند.
یک فرستنده ی رادیویی ساده ، توسط ایجاد نوسان در جریان برق عبوری از یک مدار ،ایجاد میدان مغناطیسی می کند.این میدان می تواند دریک رسانای دیگر همچون آنتن رادیو، جریان الکتریکی به وجود آورد.اکر سیگنال الکتریکی نوسان دار ،اطلاعات به خصوصی را نمایش دهد ،گیرنده می تواند آنها را کشف واجرا نماید.یک مخابره ی رادیویی ضعیف تنها جریان الکتریکی مورد نیاز جهت انتقال سیگنال به یک گیرنده را تامین خواهد کرد .ولی اگر قدرت سیگنال یا همان میدان الکترومغناطیسی را به شدت افزایش دهیم ، می تواند جریان برق بسیار بزرگتری به وجود آوردجریان برق بزرگ ایجاد شده توسط این عمل ،باعث سوختن اجزای نیمرسانای رادیو خواهد شد و آن را از کار خواهد انداخت .البته کوچکترین نگرانی شما از این حادثه ،خرید یک رادیوی جدید خواهد بود.
میدان مغناطیسی قوی نوسان دار می تواند جریان برق بسیار بزرگی را در هر جسم رسانای دیگر ایجاد نماید.این آنتن های اتفاقی وغیر عمد ،می توانند جریان برف را به تمامی وسایل برقی در ارتباط با خود انتقال دهند.مثلا یک شبکه ی کامپوتری عظیم را در نظر بگیرید که توسط خطوط تلفن با یکدیگر در ارتباط هستند.در این صورت با به وجود آمدن جریان عظیمی در خطوط تلفن،تمامی شبکه نابود خواهد شد.یک موج بلند خیلی بزرگ می تواند وسایل نیمه رسانا را بسوزاند،سیم کشی ها را ذوب کند،باتری ها را از بین برده وحتی ترانسفورماتورها را منفجر نماید.
طرح تولید جنگ افزارهای «ای ام پی» از مدت ها مطرح بوده استاز دهه ی 1960 تا 1980 میلادی ،نگرانی آمریکا حمله ی «ای ام پی» اتمی بود.این نگرانی به سال 1950 میلادی وتحقیقات بر روی بمب های اتمی باز می گردد. زمانی که انفجار اتمی آزمایش بر فراز اقیانوس آرام ،باعث قطع روشنایی خیابان های بخش هایی از هاوایی در صدها کیلومتر دورتر شد و اختلالاتی را در تجهیزات رادیویی پیرامون خود وتا شعاع بزرگی که حتی استرالیا را در بر می گرفت ؛ به وجود آورد.تحقیقات محققین در آن سالها نشان داد که فوتون هایی که توسط اشعه ی گاما به دست آمده از انجار اتمی شدید پراکنده شده بودند با تعداد بیشماری از الکترونهایی که از اکسیژن ونیتروژن در اتمسفر آزاد شده بودند برخورد کرده واین سیل بزرگ الکترونی فعل وانفعالاتی را نیز با میدان مغناطیسی زمین انجام داده وبدین وسیله جریان الکتریکی نوسان داری ایجاد نموده که باعث بوجود آمدن میدان مغناطیسی قدرتمندی شده بود.این پالس الکترو مغناطیسی ایجاد شده ،جریان الکتریکی قدرتمندی را در مواد رسانای موجود در دامنه ی وسیعی از انفجار صورت گرفته ،ایجاد کرده بود که باعث از کار افتادن برخی وسایل برقی شده بود.
در طول جنگ سرد ،بیشترین بیم ایالات متحده از شوروی سابق ،فرستادن موشک اتمی به ارتفاع 50 کیلومتری از سطح شهرهای مهم آمریکا ومنفجر ساختن آن بود که باعث از کار افتادن تمامی تجهیزات برقی در اکثر نقاط این کشور می شدولی چنین حادثه ای هیچگاه رخ نداد.
امکان استفاده ی برخی کشورها از چنین سلاحی ، هنوز هم وجود دارد ولی این گونه سلاحها جای خود را به جنگ افزارهای غیر اتمی چون بمب الکترومغناطیسی داده اند.البته این گونه از«ای ام پی» ها نمی توانند دامنه ی عملیاتی«ای ام پی»های اتمی را داشته باشند ولی جهت فلج کردن موضعی نیروهای دشمن(مثلا در یک عملیات و...)می توانند بسیار کارآمد باشند .به احتمال زیاد ،ایالات متحده از جنگ افزارهای «ای ام پی»در زرادخانه ی خود بهره مند است.ولی نوع این بمب ها برای هیچکس مشخص نیست.بر اساس برخی گزارشات ،اکثر تحقیقات این کشور بر سر ساخت مدل «اچ پی دبلیو اس»این بمب هاست.مدل «اچ پی دبلیو اس »یا به طور کامل تر« های پاور میکرو ویوز »گونه ی بسیار قدرتمندتر همان مایکروویوهای موجود در آشپزخانه هاست که می توانند پرتو متمرکزی از انرژی مایکروویو تولید نمایند.چنین جنگ افزاری احتمالا می تواند بر روی موشک های کروز قابل نصب باشد .البته مدلهای ساده تری از بمب های الکترومغناطیسی نیز در جهان وجود دارد که از آن جمله می توان «اف سی جی » را نام برد.این بمب از یک لوله ی حاوی مواد محترقه در داخل یک سیم پیچ مسی تشکیل یافته است لحظه ای قبل از انفجار ماد شیمیایی محترقه که از قسمت انتهای لوله به سمت جلو صورت می گیرد؛سیم پیچ مسی موجود در آن توسط تعداد کثیری از خازن ها انرژی گرفته ویک میدان الکترو مغناطیسی ایجاد می نماید.
کشور هند تحقیقات بسیار گسترده ای را در زمینه ی بمب های الکترومغناطیسی ساده وارزان «اف سی جی »به انجام رسانده که دلیل عمده ی آن،احتمال استفاد ه ی پاکستان از این گونه جنگ افزارها بر ضد این کشور است .ایالات متحده تمایل زیادی به استفاده از تکنولوژی بمب الکترومغناطیسی دارد.چون چنین جنگ افزارهایی مرگ آور نیستد ولی در عین حال بسیار مخرب و ویرانگرند .البته بمب های الکترومغناطیسی سطح پایین و کوچک تنها می توانند مختصرا باعث ایجاد پارازیت در سیستم های الکترونیکی شوند ویا نهایتا کارآیی آنها را پایین بیاورند ولی سیستم های قدرنمند می توانند اطلاعات مهم کامپیمتری را از بین برده وسیتم های بسیار بزرک نیز تجهیزات برقی و الکترونیکی را به آتش خواهند کشید.
یک بمب الکترومغناطیسی می تواند باعث خنثی کردن مهمترین نیازهای دشمن در صحنه ی نبرد باشد ؛چنین بمبی می تواند سیستمهای کنترل وسایل نقلیه ی مختلف را از کار انداخته ،سیستمهای هدف یابی موشک ها وبمب ها را از بین ببرد ؛وسایل ارتباطی را نابود سازد؛سیستمهای مختلف هدایت عملیات نیروهای دشمن را از کار انداخته وسنسورهای مختلف پیچیده را خنثی نماید .بمبهای الکترومغناطسیس بهترین گزینه برای حمله به پناه گاههای زیر زمینی دشمن هستند.زیرا چنین سنگرهایی به وسیله ی موشک ها وبمب های معمولی، قابل انهدام نیستند.یک پالس الکترومغناطیسی رها شده از بمب الکترومغناطیسی می تواند از لایه های زمین عبور کرده وموجب قطع برق آن پناهگاهها شود؛سیتم های تهویه را از کار انداخته ،ارتباط با بیرون را قطع کند وحتی در پناه گاههای پیشرفته ،درهای الکتریکی را از کار بیندازد.در حالی که «ای ام پی»هاجنگ افزار های مرگ آور به حساب نمی ایندولی گاهی از اوقات می توانند یکی از عوامل کشته شدن افراد باشند.برای مثال اگر یک بمب «ای ام پی»،باعث قطع برق یک بیمارستان شود؛بیماران بسیاری در عرض چند ثانیه کشته خواهند شد .همچنین یک «ای ام پی»می تواند باعث اختلال در حرکت تمامی وسایل نقلیه از جمله هواپیماها شود ویک فاجعه ی انسانی از سقوط هواپیما به وقوع بپیوندد.در اخر باید گفت که دور از ذهن ترین اثر بمب الکترومغناطیسی را می توان اثرات روانی آن دانست.یک حمله ی«ای ام پی» بزرگ در کشوری بزرگ می تواند یک زندگی مدرن قرت بیست ویکمی را 200 سال به عقب بازگرداند و آدمی را با زندگی جدیدی رو به رو سازد.تعداد بیشمار بازماندگان حمله ی «ای ام پی»،خود را اسیر دنیایی عجیب وغیر قابل باور خواهند دید؛دنیایی بدون امکان استفاده از نیروی برق.
سلاح تازه ای که ساخت آن بسیار ساده و تأثیر آن کاملاً گسترده است ، نگرانی هایی را برای دانشمندان و دولتمردان بوجود آورده است . به نوشته هفته نامه علمی نیوساینتیست این سلاح مؤثر « بمب الکترو مغناطیسی » نام دارد که اساس و عصاره آنها چیزی نیست جز یک پرتو شدید و آنی از موجهای رادیویی یا مایکروویو که قادر است همه مدارهای الکتریکی را که در سر راهش قرار گیرد ، نابود سازد . در دورانی که بافت و ساخت تمامی جوامع تا حدود بسیار زیادی به دستاوردهای علمی از نوع الکترونیکی وابسته است و همه امور از تجهیزات بیمارستانها تا شبکه های مخابراتی و از رایانه های بانکها و مؤسسات بزرگ مالی یا نظامی تا دستگاههای نظارت و مراقبت ، نحوه کار ماشینها و ادوات صنعتی همگی متکی به ساختارهای الکترونیک هستند ، کاربرد بمبهای الکترو مغناطیس می تواند سبب فلج شدن روند زندگی در مناطق بزرگ مسکونی شود . به اعتقاد برخی کارشناسان به نظر می رسد کشورهای پیشرفته پیشاپیش چنین سلاحی را تکمیل کرده اند و حتی برخی بر این باورند که ناتو در جریان جنگ علیه صربستان از این قبیل بمبها برای تخریب دستگاههای رادار صربها بهره گرفته است . توجه به بمبهای الکترو مغناطیس حدود نیم قرن قبل مطرح شد . متخصصان در آن هنگام به این نکته توجه کردند که اگر بمبی هسته ای منفجر شود ، امواج الکترومغناطیسی که در اثر انفجار پدید می آید تمامی مدارهای الکترونیک را نابود می سازد . اما مسئله این بود که به چه ترتیب بتوان موج انفجار را ایجاد کرد بدون آنکه نیاز به انجام یک انفجار هسته ای باشد ؟
دانشمندان می دانستند که کلید حل این مسئله در ایجاد پالسهای ( تپ های ) الکتریکی که با عمر بسیار کوتاه و قدرت زیاد نهفته است . اگر اینگونه پالسها به درون یک آنتن فرستنده تغذیه شوند ، امواج الکترومغناطیس قدرتمندی در فرکانسهای ( بسامد ) مختلف از آنتن بیرون می آیند ، هر چه فرکانس موج بالاتر باشد ، امکان تأثیرگذاری آن بر مدارهای الکترونیک دستگاهها بیشتر خواهد شد . بزودی این نکته روشن شد که مناسب ترین امواج الکترومغناطیس برای ساخت بمبهای الکترومغناطیس امواج با فرکانس در حدود گیگا هرتز است . این نوع امواج قادرند به درون انواع دستگاههای الکترونیک نفوذ کنند و آنها را از کار بیندازند . برای تولید امواج با فرکانس گیگاهرتز نیاز به تولید پالسهای الکترونیکی بود که تنها 100 پیکو ثانیه تدوام پیدا کنند . یک شیوه تولید این نوع پالسها استفاده از دستگاهی به نام « مولد ژنراتور مارکس » بود . این دستگاه عمدتاً متشکل است از مجموعه بزرگی از خازنها که یکی پس از دیگری تخلیه می شوند و نوعی جریان الکتریکی موجی شکل بوجود می آورند . با گذراندن این جریان از درون مجموعه ای از کلیدهای بسیار سریع می توان پالسهایی با دوره زمانی 300 پیکوثانیه تولید کرد . با عبور دادن این پالسها از درون یک آنتن ، امواج الکترومغناطیسی بسیار قوی تولید می شود . مولدهای مارکس سنگین هستند اما می توانند پشت سرهم روشن شوند تا یک سلسله پالسهای قدرتمند را به صورت متوالی تولید کنند . این نوع مولدها هم اکنون در قلب یک برنامه تحقیقاتی قرار دارند که بوسیله نیروی هوایی آمریکا کانزاس در دست اجراست . هدف این برنامه جای دادن مولدهای مارکس روی هواپیماهای بدون خلبان یا در درون بمبها و موشکهاست تا از این طریق نوعی « میدان مین الکترومغناطیس » برای مقابله با دشمن ایجاد شود . اگر هواپیما یا موشک دشمن از درون این میدان مین الکترومغناطیس عبور کند ، بلافاصله نابود خواهد شد . اگر لازم باشد تنها یک انفجار عظیم به انجام رسد ، به دستگاهی نیاز است که بتواند یک پالس الکترونیکی بسیار قدرتمند را بوجود آورد ؛ این کار را می توان با استفاده از مواد منفجره متعارف نظیر « تی . ان . تی » انجام داد . دستگاهی که این عمل را به انجام می رساند ، « متراکم کننده شار » نام دارد . در این دستگاه از انفجار اولیه یک ماده منفجره متعارف برای فشرده کردن یک جریان الکتریکی و میدان الکترومغناطیسی تولید شده بوسیله آن استفاده می شود. زمانی که این جریان فشرده شد ، به درون یک آنتن فرستاده می شود و یک موج الکترومغناطیس بسیار قدرتمند از آنتن بیرون می آید . نیوساینتیست می افزاید : طرح تکمیل دستگاههای متراکم کننده شار از سوی نیروی هوایی آمریکا در ایالت نیو مکزیکو در دست تکمیل است . از جمله طرحهایی که برای کاربرد این دستگاه در نظر گرفته شده ، جای دادن آنها در بمبهایی است که از هواپیما به پایین پرتاب می شود و نصب آنها در موشکهای هوا به هواست . امتیاز بزرگ بمبهای الکترومغناطیس در دو نکته است : نخست آنکه این بمبها مستقیماً جان انسانها را به خطر نمی اندازد و تنها بر دستگاههای الکترونیک اثر می گذارد ؛ و نکته دوم آنکه ساخت آنها بسیار ساده است . بمبهای الکترومغناطیس در صورتی می توانند بالاترین خسارت را وارد آورند که فرکانس امواجشان با فرکانس دستگاههایی که به آنها وارد می شوند یکسان باشد . بنابراین برای ایجاد مصونیت در دستگاههای الکترونیکی که در مراکز حساس کار می کنند ، می توان طراحی مدارها را به گونه ای انجام داد که اولاً میان بخشهای مختلف ، سپرهای محافظتی موجود باشد و ثانیاً در ورودی این قبیل دستگاهها باید صافیها و سنجنده هایی را قرار داد که بتواند علامتهای مورد نیاز و امواج حاصل از انفجار را تشخیص دهند و مانع ورود این قبیل امواج شوند .
بمب الکترومغناطیسی در واقع چیزی نیست جز یک شار مغناطیسی فوق العادهای نیرومند که با گسیل امواج پر قدرت (SHF) سوپر فرکانسهای با طول موج بالاتر از ده گیگا هرتز موسوم به امواج میکرو ویو پر قدرت (High Power Microwave) میتواند هر گونه دستگاههای الکتریکی یا الکترونیکی واقع در محدوده عمل خود را در یک باند فوق گسترده (uWb) که مخفف عبارت ultra Wide band میباشد، فلج نماید.
بزودی این نکته روشن شد که مناسب ترین امواج الکترومغناطیسی برای ساخت بمبهای الکترومغناطیسی ، امواج با فرکانس در حدود گیگا هرتز است. این نوع امواج قادرند به درون انواع دستگاههای الکترونیک نفوذ کنند و آنها را از کار بیندازند. برای تولید امواج با فرکانس گیگاهرتز نیاز به تولید پالسهای الکترونیکی بود که تنها 100 پیکو ثانیه تدوام پیدا کنند. یک شیوه تولید این نوع پالسها استفاده از دستگاهی به نام «مولد ژنراتور مارکس» بود. این دستگاه عمدتا متشکل است از مجموعه بزرگی از خازنها که یکی پس از دیگری تخلیه میشوند و نوعی جریان الکتریکی موجی شکل بوجود میآورند.
با گذراندن این جریان از درون مجموعهای از کلیدهای بسیار سریع میتوان پالسهایی با دوره زمانی 300 پیکوثانیه تولید کرد. با عبور دادن این پالسها از درون یک آنتن ، امواج الکترومغناطیسی بسیار قوی تولید میشود. مولدهای مارکس سنگین هستند اما میتوانند پشت سرهم روشن شوند تا یک سلسله پالسهای قدرتمند را به صورت متوالی تولید کنند. این نوع مولدها هم اکنون در قلب یک برنامه تحقیقاتی قرار دارند که بوسیله نیروی هوایی آمریکا کانزاس در دست اجراست.
تانک LC چیزی نیست جز یک مدار ساده نوسان ساز که از یک سلف یا سیم پیچ و یک خازن و یک باتری تشکیل شده است. در تانک LC یک فرکانس میرا تولید میگردد که اگر یک کلید قطع و وصل الکترونیکی به آن اضافه نماییم، بسته به قدرت فرکانس سازی یک فرکانس رادیویی کریر یا حامل خواهیم داشت. هر چند مدار الکترونیکی قابلیت تولید فرکانس در محدودههای مختلف را داراست، لیکن نیاز به یک مدار طبقه تقویت نیز دارد تا قدرت فرستندگی آن افزایش یابد.
لذا باید سر راه آن یک تقویت کننده ترانزیستوری قدرت نیز بهره جست که باز بسته به توان خروجی ترانزیستور طبقه تقویت قدرت فرستنده افزایش مییابد. قدرت یک فرستنده بستگی به توان خروجی آن دارد. معمولا فرستندههای 5 وات یا بالاتر از آن فرستندههای نیرومند به حساب میآیند، به نحوی که اگر انسان در کنار آنها قرار گیرد برای سلامتی وی مضر خواهد بود.
حال آنکه میتوان با افزایش طبقات تقویت قدرت فرستندگی امواج را بسیار بالا برد. اما این تنها بخش الکترومغناطیسی بمب الکتریکی میباشد، در حالیکه این بمب مثل هر بمب دیگری دارای واحد بخش انفجاری نیز میباشد. این قسمت یک بمب کاملا کلاسیک و عادی است. در واقع بخش اصلی بمب الکترومغناطیسی یک لوله تو خالی رسانا است، که حکم هسته سیم پیچ بمب را نیز دارد و در داخل این هسته مواد منفجره و چاشنی الکتریکی قراردارد که درست در لحظه انفجار بمب مدار الکتریکی نیز بکار میافتد و میدان مغناطیسی حاصل از کارکرد مدار الکترونیکی در یک میدان انفجاری قرار گرفته و انفجار میدان الکترومغناطیسی رخ میدهد.
سی تی اسکن (CT-SCAN) چیست؟
این شیوه تصویر برداری در حقیقت به معنی تصویر گیری مقطعی و عرضی از اعضای بدن میباشد. اما دارای اسامی مختلفی است که از آن جمله میتوان به CAT مخفف کلمات Computerized Axial Tomography به معنی توموگرافی کامپیوتری محوری میباشد. CTAT مخفف کلمات Computerized trans Axial Tomography به معنی توموگرافی کامپیوتری عرضی محوری میباشد. CTR مخفف کلمات computerized trans Recanstration ، CDT مخفف کلمات computerized Digital Tomography به معنی توموگرافی دیجیتالی کامپیوتری میباشد. اما نام ترجیحی آن که در کتابها و کاربردهای پزشکی بکار میرود کلمه CT اسکن مخفف کلمات computerized tomography scan میباشد که کلمه scan اسکن به معنی تقطیع کردن و واژه توموگرافی از Tomo به معنی برش یا قطعه و graphy به معنی شکل و ترسیم است، گرفته شده است. در اصل به معنی تصویرگیری از برشهای قطع شده از یک عضو به صورت کامپیوتری میباشد.
اگر با یک درخواست سیتی اسکن ، به بخش سیتی اسکن یک بیمارستان مراجعه کرده باشید، شاید برای شما این سوال پیش آمده باشد که فرو رفتن در یک دستگاه تونل مانند و بی حرکت ماندن برای مدتی در داخل آن شما را دچار دلهره میکند یا نه. آیا با توجه به اخبارهای رادیو و تلویزیون راجع به خطرات اشعه ایکس خطری شما را تهدید میکند یا نه؟ یا اینکه چگونه یک کارشناس رادیولوژی بعد از قرار دادن شما در داخل دستگاه خود به اتاق دیگری رفته و از پشت یک شیشه بزرگ و یک کامپیوتر چه کاری انجام میدهد و با بلندگو با شما صحبت میکند؟
در سال 1917 میلادی یک ریاضیدان اتریشی به نام رادون (J.Radon) ثابت کرد که یک شیئی دو یا سه بعدی را میتوان با گرفتن بینهایت عکس از آن در جهات مختلف به تصویر کشید که پایهای برای سیتی اسکن محسوب میشد. در سال 1956 دانشمندی به نام بارسول (Barcewell) نقشه خورشیدی از تصاویر شعاعها درست کرد. در سال 1961 الدندرف (oldendorf) و در سال 1963 آلن کورمارک (Allencormarck) اندیشههایی از سیتی اسکن را فهمیده و مدلهایی در حد آزمایشگاهی ساختهاند. در سال 1968 کول (kuhl) و ادواردز (Edwords) یک دستگاه اسکن مکانیکی برای تصویری از هسته ساختهاند که موفق بودند. اما نتوانستند کار خود را در حد رادیولوژی تشخیصی ، توسعه دهند. تا اینکه در سال 72-1970 اصول ریاضی گفته شده توسط ریاضیدان انگلیسی (God feryhaunsfield) بکار گرفته شد و توانست یک دستگاه سیتی اسکن را بسازد و جهت مصرف بالینی معرفی کند. در سال 1979 جایزه نوبل بطور مشترک به پروفسور آلن کورمارک و گاد فری هانسفیلد تعلق گرفت.
مانند تمام رشتههای تصویر گیری پزشکی (رادیولوژی) دستگاههای سیتی اسکن بطور مداوم تغییر کرده و بوسیله کارخانهها و سازندگان مختلف پیش رفته است. دستگاه اولیه که بوسیله هانسفیلد و توسط شرکت EMI ساخته شده بود، فقط برای ارزیابی مغز طراحی شده بود، که دستگاه نسل اول یا EMI نام داشت. مدت زمان کوتاهی نگذشت که نسل دوم دستگاههای سیتی اسکن با امکانات بیشتر به بازار آمد و نسل سوم این دستگاهها با امکاناتی از جمله کم شدن زمان تصویر گیری معرفی شد. هم اکنون نسل چهارم با سرعت خیلی بالا و امکانات بهینه و نتایج عالی موجود میباشد.
یک دستگاه اسکن توموگرافی کامپیوتری از یک میز برای قرار گرفتن بدن بیمار ، یک گانتری که سر بیمار در آن قرار میگیرد، یک منبع تولید اشعه ایکس ، سیستمی برای آشکار کردن تشعشع خارج شده از بدن ، یک ژنراتور اشعه ایکس ، یک کامپیوتر برای بازسازی تصویر و کنسول عملیاتی که تکنولوژیست رادیولوژی بر آن قرار میگیرد، تشکیل شده است.
کاربرد در تشخیص بیماریهای مغز و اعصاب، چون سی تی اسکن میتواند تفاوت بین خون تازه و کهنه را به تصویر بکشد، به همین دلیل برای نشان دادن موارد اورژانس بیماریهای مغزی بهترین کاربرد را دارد.
بیمارهای مادر زادی مانند بزرگی یا کوچکی جمجمه .
تشخیص تومورهای داخل جمجمهای و خارج مغزی .
خونریزی در قسمتهای مختلف مغز و سکتههای مغزی .
تشخیص بیماری اعضای داخل شکمی مانند کبد ، لوزالمعده ، غدد فوق کلیوی.
بررسی بیماریهای ریه.
امواج الکترومغناطیس در پیشگویی زلزله در سگ
بررسی تغییرات رفتاری ناشی از امواج الکترومغناطیس در پیشگویی زلزله در سگ، 5 قلاده سگ سالم هم سن و هم نژاد که قبلاً با هیچ انسانی زندگی نکرده بودند انتخاب شدند و به وسیله دستگاهی که تولید موج الکترومغناطیس کرده امواج 0 تا 20 هرتز را به سگ ها تاباندیم . برای هر موج به مدت 0/5 ساعت و با استفاده از دوربین فیلم برداری حرکات رفتاری حیوان بر روی فیلم ضبط گردید این حرکات شامل وضعیت گوش، دم، دهان، چشمها و میزان استراحت و اشتهای حیوانات بود و بین تابش هر موج تا موج بعدی سگ در حالت استراحت بوده و سپس نتایج حاصل در جدولی قرار داده شد و بر اساس میزان آرام بودن و یا میزان اضطراب در 5 دسته طبقه بندی شدند . سپس داده ها را با آزمون های پارامتری آمارگیری کرده و محاسبه شدند . در این مطالعه امواج الکترومغناطیس اثر معناداری روی تغییر رفتاری سگ ها داشته و همچنین فرکانس های 7 ، 8 و 9 هرتز بیشترین تأثیر را بر تغییرات ر فتاری سگ ها داشته و همچنین فرکانس های 0 ، 1 ، 18 ، 19 و 20 بدون هیچ گونه بروز علائمی بوده اند . پس می توان تغییر رفتاری حیوانات قبل و هنگام زلزله را به این فرکانس ها مربوط دانست و از آن به عنوان پیش نشانگر زلزله استفاده کرد .
منابع و مآخذ
1. http://daneshnameh.roshd.ir
4. http://cph-theory.persiangig.com
7. http://www.aviny.com/News/87/01/26/03.aspx
8. http://www.tebyan.net/newindex.aspx?pid=257143