مقدمه

طبق قوانین القای الکترومغناطیسی اگر شارمغناطیسی گذرا از مدار تغییر کند، نیرو محرکه الکتریکی در مدار جاری می شود. با برقراری نیرو محرکه القایی در مدار، جریان الکتریکی القایی در آن جاری می شود. طبق قانون لنز جهت جریان القایی در مدار در جهتی است که میدان مغناطیسی حاصل از آن با تغییرات شار مغناطیسی گذرا از مدار مخالفت می کند. اگر چکشی را از بالای نردبانی رها کنیم، هیچ نیازی به قاعده‌ای که بگوید چکش به طرف مرکز زمین یا در جهت مخالف آن حرکت می‌کند، نداریم. اگر در این موقع کسی از ما بپرسد که از کجا می‌دانید که چکش سقوط خواهد کرد، بهترین پاسخی که می‌توانیم بدهیم این است که بگوییم، همیشه به این صورت بوده است و اگر بخواهیم جوابمان علمی‌تر باشد، می‌توانیم بگوییم که زمانی که چکش سقوط می‌کند، انرژی پتانسیل گرانشی آن کاهش می‌یابد و برعکس انرژی جنبشی آن افزایش پیدا می‌کند.

اما اگر چکش به جای سقوط ، به طرف بالا برود، در این صورت انرژی جنبشی و انرژی پتانسیل آن هر دو افزایش پیدا می‌کنند و این موضوع پایستگی یا بقای انرژی را نقض می‌کند. استدلال مشابه را می‌توان در مورد تعیین جهت نیروی محرکه الکتریکی که با تغییر شار مغناطیسی در یک مدار القا می‌شود، بکار برد، یعنی در این مورد اخیر نیروی محرکه القایی باید در جهتی باشد که با اصل پایستگی سازگار باشد و این با استفاده از قانون لنز توضیح داده می‌شود.

تاریخچه

در سال 1834 ، یعنی سه سال بعد از این که فاراده قانون القا خود را ارائه داد (قانون القا فاراده)، هاینریش فریدریش لنز (Heinrich Friedrich Lenz) قاعده معروف خود را که به قانون لنز معروف است، برای تعیین جهت جریان القایی در یک حلقه رسانای بسته ارائه داد. این قانون به صورت یک علامت منفی در قانون القای فاراده ظاهر می‌گردد. به این معنی که در رابطه نیروی محرکه القایی یک علامت منفی قرار داده و اعلام کنند که این علامت بیانگر قانون لنز است.

تشریح قانون لنز

حلقه رسانایی را در نظر بگیرید که به یک گالوانومتر حساس متصل است. حال آهنربایی را در دست گرفته و به آرامی به این حلقه ، نزدیک کنید. ملاحظه می‌گردد که با نزدیک شدن آهنربا به حلقه عقربه گالوانومتر منحرف شده و وجود جریانی را در مدار نشان می‌دهد. این جریان را جریان القایی می‌گویند. حلقه جریان ، مانند آهنربای میله‌ای ، دارای قطب‌های شمال و جنوب است.

حال اگر آهنربا را از حلقه دور کنیم، باز هم گالوانومتر منحرف می‌شود، اما این بار انحراف در جهت مخالف است و این امر نشان دهنده این مطلب است که جریان در جهت مخالف در حلقه جاری شده است. اگر میله آهنربا را سر و ته کنیم و آزمایش را تکرار کنیم، باز همان نتایج حاصل خواهد شد، جز این که جهت انحراف‌های عقربه گالوانومتر عوض خواهند شد. برای تشریح این آزمایش با استفاده از قانون لنز به صورت زیر عمل می‌کنیم:

زمانی که آهنربا را به آرامی به حلقه نزدیک می‌کنیم، تعداد خطوط شار مغناطیسی که از حلقه می‌گذرد، تغییر می‌کند و همین امر سبب ایجاد یا القا جریان در حلقه می‌شود و چون در ابتدا هیچ جریانی وجود نداشت، این جریان باید در جهتی باشد که با هل دادن آهنربا به سمت حلقه مخالفت کند. برعکس ، اگر بخواهیم آهنربا را از حلقه دور کنیم، باز جهت جریان در حلقه عوض شده و از دور کردن آن جلوگیری می‌کند. یعنی در حالت اول اگر قطب N آهنربای میله‌ای در طرف حلقه باشد، جریان القایی در حلقه به گونه‌ای خواهد بود که در برابر آن یک قطب N ایجاد کند تا مانع نزدیک شدن آهنربا شود.

حال زمانی که آهنربا را از حلقه دور می‌کنیم، حلقه جهت جریان خود را عوض نموده و با ایجاد قطب S ، آهنربا را جذب کرده و مانع از دور کردن آن می‌شود.

قانون لنز و پایستگی انرژی

اگر توضیحات فوق بر اساس قانون لنز نبوده و عکس آن چیزی که گفته شد، اتفاق بیفتد، یعنی اگر جریان القایی به تغییری که باعث بوجود آمدن آن شده است، کمک کند، قانون بقای انرژی نقض می‌شود، یعنی اگر هنگام نزدیک کردن قطب آهنربا به حلقه در برابر آن قطب مخالف S ایجاد شده و آهنربا را جذب کند، در این صورت آهنربا باید به طرف حلقه شتاب پیدا کند و رفته رفته انرژی جنبشی آن افزایش پیدا کند و در همین هنگام انرژی گرمایی نیز ظاهر می‌شود. یعنی در واقع از هیچ ، انرژی بوجود می‌آید. بدیهی است که چنین عملی هرگز نمی‌تواند درست باشد.

بنابراین می‌توان گفت که قانون لنز چیزی جز بیان اصل بقای انرژی نیست که بطور مناسب در مورد مدارهای حامل جریان القایی بکار می‌رود.

ویژگی قانون لنز

قانون لنز مربوط به جریانهای القایی است و در مورد نیروی محرکه القایی صادق نیست، یعنی این قانون فقط در مورد حلقه‌های رسانا بکار می‌رود. اگر مدار باز باشد، معمولا می‌توان تصور کرد که اگر بسته بود چه اتفاقی می‌افتاد و بدین وسیله جهت نیروی محرکه القایی را معین نمود. مثلا اگر شار مغناطیسی گذرا از مدار به صورت درون سو باشد و کاهش پیدا کند، جریان الکتریکی در مدار القا می شود، که جهت این جریان القایی به صورت ساعتگرد خواهد بود تا میدان مغناطیسی حاصل از آن باعث تقویت میدان مغناطیسی شار گذرا از مدار باشد.

و اگر این شار افزایش یابد، جهت جریان القایی در جهتی خواهد بود که میدان مغناطیسی حاصل از آن بر خلاف جهت میدان شار باشد. پس جهت جریان پاد ساعتگرد است. بنابراین برای تشخیص جهت جریان القایی کافیست، با توجه به میدان شار گذرا از مدار، جریان را در جهتی اختیار کنیم که میدان مغناطیسی حاصل از آن با برخلاف تغییرات میدان مغناطیسی شار باشد.

منبع : www.roshd.ir - رشد

اعراب - مصریان و دیگران نظام عدد نویسی کنونی - هندسه مقدماتی و ریاضیات مقدماتی را ابداع می کنند.

قبل از میلاد :

٥٢٥ فیثاغورث : با ابداع آمیزه ای از ریاضیات و عرفان از افسانه رویگردان شده به اعداد که آنها را منبع
حقیقت می داند روی می آورد.
٣٤٠ ارسطو : مجادله می کند که زمین به جای یک فلات مسطح یک کره گرد است.
٢٩٥ اقلیدس : کتاب خود عناصر را منتشر و دانش هندسه را منظم و مرتب می کند.
٢٦٠ اریستار کوس ساموسی : اصل گردش زمین به گرد خورشید و عالمی بسیار پهناور را پیش می کشد.
٢٤٠ : ارشمیدس : مکانیک کلاسیک و دانش فیزیک مقدماتی را پی ریزی و مدون می کند.
٢٠٠ اراتوستنس : روش اندازه گیری محیط زمین را به دست می دهد.
١٠٠ کلادیوس پتالومی ( بطلمیوس) : مدل پیچیده زمین مرکزی جهان را می سازد که تا ١٤٠٠ سال بعد
اساس دانش نجوم باقی می ماند.
بعد از میلاد
١٥١٥ لئوناردو داوینچی : در زمینه های مکانیک - هیدرولیک و آیرو دینامیک مشاهدات و برداشت های مهمی
می کند.
١٥٤٣ نیکلاس کپرنیک : کتاب ( درباره گردش سیارات ) را منتشر و اصل خورشید مرکزی جهان را مطرح می
کند.
مشاهده می کند که گواهی بر متغیر بودن جهان می شود. ( Nova = ١٥٧٢ تیکوبراهه : یک نوا (ستاره جدید
١٦١٠ گالیلئو گالیله : برای نخستین بار آسمان شب را از درون یک دوربین نجومی تلسکوپ می بیند و
کشفیاتی را اعلام میکند که موید صحت نظریه کیهانی کپرنیک است.
١٦١٩ یوهان کپلر : ثابت می کند که مسیر حرکت س یارات به گرد خورشید بیضی شکل است و قوانین حرکت
آن ها را بدست می آورد.
١٦٨٧ آیزاک نیوتن : با انتشار کتاب پرنسیپای خود نشان می دهد که نیروی جاذبه ثقل که از قانون تناسب
معکوس با مجذور فاصله پیروی می کند . عامل حرکت سقوطی اجسام به طرف زمین و حرکت مداری کره ماه
به زمین - هر دو - یکی است.
١٧٩٩ پی یر سیمون دو لاپلاس : برای فرضیه جاذبه عمومی نیوتن شالوده ای ریاضی بنا و نظریه احتمالات را
نیز پی ریزی می کند. لاپلاس به پایه گذاری دستگاه آحاد اندازه گیری متریک هم کمک می کند.
١٨٢٤ کارل فردریش گاوس : اصول هندسه غیر اقلیدسی را پی ریزی می کند.
١٨٢٤ کریستین دوپلر : کشف می کند که فرکانس امواج نوری و صوتی یک منبع در حال حرکت به چشم و
گوش یک ناظر ایستاده کمتر می آید اگر منبع در حال دور شدن از او و بیشتر می آید . اگر منبع در حال نزدیک
شدن به او باشد.
١٨٣١ مایکل فارادی : پدیده القای الکترومغناطیسی را کشف می کند.
١٨٤٨ ویلیام کولن : دمای صفر مطلق را تعیین می کند.
١٨٤٨ ژان لئو فوکو : روش هایی برای اندازه گیری سرعت نور در هوا ابداع و ثابت می کند که سرعت سیر نور
در آب و سایر محیط های شفاف به نسبت عکس ضریب های شکست نوری آن محیط کاهش می یابد.
١٨٦٠ رابرت بنزن و گوستاو کیرشهف : تجزیه طیفی را پی ریزی و مقایسه مواد آزمایشگاهی با مواد سازنده
خورشید و ستارگان دیگر را که در عمل به معنای امکان تعیین جنس مواد سازنده آن کرات از روی زمین است
ممکن می کند.
١٨٦٤ جان کلارک ماکسول : در گفتار درباره الکتری سیته و مغناطیس - را که امکان فهم پدیده های مربوط به
این حوزه دانش را بسیار بیشتر می کند منتشر می سازد.
١٨٧٩ آلبرت مایکلسن : با استفاده از اصول فوکو سرعت سیر نور را اندازه می گیرد.
١٨٨٧ آلبرت مایکلسن و ادوارد مورلی : آزمایش های دقیقی انجام و به کمک آن ها نشان می دهند که فضا از
چیزی به نام اتر که وجود آن برای انتشار نور لازم دانسته می شد نمی تواند پر باشد.
١٨٩٤ هاینریش هرتز : عملا نشان می دهد که امواج الکترومغناطیسی با سرعت نور سیر می کنند و مانند آن
می توانند بازتابش و شکست داشته باشند و قطبی یا پلاریزه هم بشوند.
١٨٩٥ ویلیام رونتگن : اشعه ایکس را کشف و نخستین برنده جایزه نوبل در فیزیک می شوند.
١٨٩٨ ماری و پیر کوری : عناصر رادیو اکتیو رادیوم و پولونیوم را شناسایی می کنند.
١٩٠٠ ماکس پلانک : نظریه کوانتومی تابش (تشعشع) را بصورت یک اصل بیان کرد و با آن فیزیک کوان تومی
را پایه ریزی کرد.
١٩٠٤ ارنست رادرفورد : نشان می دهد که عمر زمین را می توان با محاسبه مقدار گاز هلیومی که از سنگ
معدن مواد رادیواکتیو خارج می شود اندازه گرفت.
١٩٠٥ آلبرت انیشتین : مقالاتی درباره نظریه نسبیت خاص - پدیده فوتو الکتریک و حرارت براونی منتشر می
کند که نظریه نسبیت وی اندازه کیری زمان و مکان در سرعت های زیاد را ناهنجار و جرم و انرژی را معادل
یکدیگر می داند.
١٩٠٦ جی جی تامسون : وجود ذره الکترون را عملا تثبیت می کند.
١٩١١ ارنست رادرفورد : نشان می دهد که بخش اعظم جرمی اتم در هسته بسیار کوچک آن جای دارد.
١٩١٣ نیلز بوهر : نظریه ساختار اتم را فرمول بندی می کند.
١٩١٦ آلبرت انیشتین : نظریه نسبیت عام خود را که نظریه بنیادی درباره فضا - زمان و جاذبه ثقل است منتشر
می کند و جاذبه ثقل را پدیده ای ناشی از فضای خمیده میداند.
١٩٢٤ شاهزاده لویی دوبروی : اصل علمی را مطرح می کند که به موجب آن ماده حتی شیئی مانند الکترون که
در حالت عادی ذره شناخته می شود در عین حال رفتار موجی هم دارد.
خود را که در شناخت خطوط طیفی نور exclusion principal)) ١٩٢٥ ولفگانگ پاولی : اصل منع
ستارگان و سحابی ها کارایی دارد بیان می کند.
١٩٢٦ اروین شرودینگر : معادله موج خود را که شارح چگونگی حرکت امواج دوبروی از مکانی به مکان دیگر
است. و اینک معادله مرکزی مکانیک کوانتومی دانسته می شود تدوین و تثبیت می کند.
١٩٢٧ یان اورت : ثابت می کند که کهکشان راه شیری در چرخش است و چندی بعد با استفاده از تلسک وپ
رادیویی نقشه هایی از بازوی مارپیچی این کهکشان تهیه می کند.
١٩٢٨ پی . ا. ام دیراک : با محاسبه وجود ذرات ضد ماده را پیش بینی می کند که اینها ذراتی هستند مانند
ذرات ماده معمولی ولی بار الکتریکی مختلف العلامه با بار آنها ( یکی از آنها پزیترون است که ضد الک ترون
است)
١٩٢٩ ادوین هابل : با استفاده از تجزیه و تحلیل طیفی نشان می دهد که جهان واقعا آنگونه که انیشتین با
محاسبه پیش بینی کرده است در حال انبساط است.
١٩٣١ ولفگانگ پاولی : وجود ذره نوترینو را با محاسبه پیش بینی می کند.
١٩٣٢ جیمز چادویک : ذره نوترون را کشف و جایزه نوبل ١٩٣٥ در فیزیک را نصیب خود می کند.
١٩٣٨ لیزه و اوتو هاهن : پدیده شکافت هسته اتم را کشف می کند و هاهن به پاس آن کشف جایزه نوبل
دریافت می کند ( همکار او میتز پیش از کامل شدن کار مجبور به فرار از آلمان نازی می شود ولی آگاهان
نقش آن خانم را در آن تلاش محفوظ می دانند.)
١٩٣٩ لئوزیلارد : به مفهوم واکنش زنجیره ای در فیزیک اتمی دست می یابد و یکی از چند نویسنده نامه ای
به امضای انیشتین به رئیس جمهور روزولت می شود . نامه درباره توانایی های بمب اتمی و علمی بودن ساخت
آن با استفاده از پدیده شکافت هسته اورانیوم است.
١٩٤٢ انریکو فرمی : سرپرستی برنامه ساخت و راه اندازی نخستین راکتور اتمی جهان را که بخشی از پروژه
منهتن است به عهده می گیرد.
١٩٤٥ جی رابرت اوپنهایمر : برنامه ساختن نخستین بمب اتمی را که بخشی از پروژه منهتن است رهبری می
کند.
١٩٤٦ ژرژ گاموف : پیش بینی می کند که انفجار بزرگ آغازگر جهان باید تشعشعات کیهانی پشت صحنه ای
بار آورده باشد.
١٩٦٠ آلن سندیج و توماس ماتیوس : کوازار ها را که دورترین کهکشانها ( دورترین تا زمین ) هستند کشف می
کنند.
١٩٦١ مری گل مان ویووال نعمان : مستقل از یکدیگر طرح طبقه بندی ذرات درون اتمی را که گل مان طرح
هشت لایگی می نامند می ریزند
١٩٦٣ ئی . ان . لورنتز : نخستین مقاله درباره نظریه درهم ریختگی را منتشر می کند.
١٩٦٤ مری گل مان و جرج زوویک : مستقل از یکدیگر نظریه تشکیل یافتن پروتون و نوترون و هادرون دیگر
از ذرات جدید کوچکتری به نام کوارک را پیش می شکد که نام کوارک و گل مان انتخاب می کنند.
١٩٦٥ ریچار فاینمن : مشترکا با توموناکو و شوینگر جایزه نوبل در فیزیک را بپاس ابداع نظریه الکترودینامیک
کوانتومی برنده می شوند . نظریه ای که ابداع آن در طریق جستجو برای درک طبیعت گام مهمی به جلو تلقی
می شود.
١٩٦٥ رابرت ویلسون و آرنونپنریاس : وجود تشعشعات یا تابش هایی را در اعماق فضا کشف و صحت نظریه
انفجار بزرگ را تایید آزمایش می رسانند.
١٩٦٨ آزمایش های انجام شده در مرکز شتاب دهنده خطی دانشگاه استنفورد صحت نظریه کوارک ها را تایید
میکنند.
١٩٨١ آلن گوت : این اصل را که عالم کیهانی اولیه از یک دوره انبساط قابل نمایش با یک تابع ریاضی نمایی
گذر کرده است ثابت می کند.
١٩٩٥ دانشمندان شاغل در آزمایشگاه دستگاه شتاب دهنده ملی فرمی - نشانه های وجود کوارک (رو) آخرین
عضو پیدا نشده خانواده ذرات تشکیل دهنده سنگ بنای کل ماده موجود در عالم را پیدا می کند.

منبع : www.fpa.4t.com

این که زمین درقطب هایش به آرامی هموار می گردد(پخ می شود)یک مساله شناخته شده است و لیکن یک مطالعه در آمریکا نشان میدهد که زمین حتی کمتر از سال1998 کروی است. کریستوفر ککس از رتیئون و بنجامین چائو از ناسا ، با تجزیه و تحلیل های داده های لیزری ماهواره ای اخیر، از اینکه یک جابجایی عظیم در انتقال جرم از قطبین به سمت استوا مشاهده کردندشگفت زده شدند.

پژوهشگران فکر می کنند که تکانی که در میدان مغناطیسی زمین یا اثرقوی ال نینو در سال 1998 رخ داد، باعث این جهش در پهن شدگی قطبین شده است(ک.ککس وب،چائو2002 Science 297831 )

چرخش زمین و جریان همرفتی در گذشته آن،سیاره ما را حدود 3/0 درصد حول استوا پهن تراز نصف النهارش نموده است.تغییرات در این توزیع جرم( که می تواندبه صورت میدان گرانی محلی نشان داده شود) به وسیلة استفاده از برد و محدوده لیزری ماهواره ای برای چند دهه دنبال شده است.در این روش،علائم لیزری به وسیلة یک ماهواره به زمین باز تابنده می شوند.زمانی که صرف این کار می گردد،برای محاسبة مکان ماهواره ای که به میدان محلی زمین وابسته است به کار برده می شود.

ژئوفیزیکدانان از اندازه گیریهای انجام شده می دانند که زمین درحال بیشتر کروی شدن بوده،نتیجه ای که تصور شده بود که برخاسته از واکنش دورة پس از عصر یخبندان باشد.این امر در پایان یک دورة یخبندان بوقوع می پیوندد،هنگامیکه یخ آب میشود و به دریا و جو باز می گردد.چنین فرایندی فشار وارد بر زمین زیرتودة یخ را کاهش می دهد و بخش مذکور به آرامی توسط گوشته زمین به جای پیشین خود باز می گردد.

اما هنگامیکه ککس وچائوداده های برد لیزری را که بین سالهای 1979 و2001 جمع آوری شده بود را بررسی کردند،دریافتند در سال1998 این روند آشکارا وارونه گردید.یعنی این که جرم از قطبین به سمت استوا حرکت کند وهر فرایند اینچنینی بایستی شامل جو ، اقیانوس و گذشته زمین باشد.پژوهشگران می گویند که ال نینو کاندیدای خوبی برای این سلسله از فعل و انفعالات است.ال نینو و لانینا دو چرخه گرم و سرد تناوبی در اتمسفر و اقیانوس آرام هستند که هر کدام حدود 6 ماه به طول می انجامند.

گرچه اثرهای این پدیده ها روی الگوهای جریان در اقیانوس بخوبی درک نشده است ، اما نیرومندترین ال نینوی قرن،با تغییر ناگهانی در پدیدة پهن شدگی قطبین سال1998، مطابقت داشت شایدیک دلیل دیگر تغییر ناگهانی در میدان مغناطیسی زمین است که بر جریان مایع هسته بیرونی اثر می گذارد. چنین رخدادی در سال1999 مشاهده گردید. و ککس وچائو حدس می زنندکه تغییرات این لایه ، مقدم بر تکان ناگهانی ، توانسته است همواری قطبین را موجب شود.

پژوهشگران نسبت دادن این مساله به پدیده گرم شدن جهانی ، که در ابتدا آنها فکر می کردند که سطح دریا را بوسیله ذوب شدن یخ قطبی بطور قابل توجهی بالا برده است را غیر محتمل دانسته اند. یاداشتهایی که پیش از سال 1992 انجام گرفته است نشان داد که این افزایش در بالا آمدگی بعنوان دلیل جابجایی مشاهده شده در جرم بسیار کوچکتر از آن است که به حساب آید.

منبع : www.hupaa.com - هوپا

نور یکی از مباحث و پدیده هایی است که از قرن هیجدهم دانشمندان را به خود معطوف کرده است . دوگانه بودن خواص نور ، یکی از مهم ترین عامل جذب دیگران به خود بوده است . الکترون ها نیز همانند نور دارای خواص موجی و مادی مى باشند ، هنگامى که الکترون های یک اتم ، انرژی دریافت می کنند به سطوح بالای اتم می روند که حالت برانگیختن به اتم دست داده می شود . هنگامی که الکترون ها از سطوح انرژی بالاتر به سطوح انرژی پایین تر می روند ، آن مقدار انرژى که دریافت کرده اند را به صورت نور پس می دهند .

ارتعاش اتم ها باعث تولید نور می شود ، و نور گسیل شده از الکترون های یک اتم ، در یک جهت و راستا قرار دارند . اما نور های گسیلی از مجموعه اتم ها در تمام جهات و به خط مستقیم سیر می کنند . در لیزر نور های گسیلی در یک جهت و راستا است . نور را می توان در فرآیند های فیزیکی ، واکنش های شیمیایی ، سوختن و شکاف های هسته ای ، مشاهده کرد . قبل از شروع در مورد تولید نور در این فرآیند ، بهتر است ابتدا بحثی در مورد گرما داشته باشیم . با پی بردن به ماهیت گرما ، می توانیم نور را به آسانی بشناسیم . گرما موجی است که طول موجش بزرگتر از طول موج نور مرئی است .

هنگامی که امواج گرما انرژی دریافت می کنند ، طول موج آن ها کاهش می یابد و با دریافت انرژی به طور متداول ، این امواج در محدوده طیف رنگی ( نور مرئی ) قرار می گیرند ، که در این حالت ما ، این امواج گرما را به صورت نور مشاهده می کنیم .این امواج با دریافت انرژی بیشتر ، از محدوده نور مرئی خارج می شوند ( مانند شکاف های هسته ای) . پس امواج گرما در دو حالت ، نامرئی هستند : امواجی که طول موجشان بیشتر از طول موج پرتو فرو سرخ و همچنین امواجی که طول موجشان کمتر از طول موج پرتو فرا بنفش است . با این ایده ، عقیده همفری دیوی مبتنی بر اینکه نور از تمرکز گرما در یک نقطه ایجاد می شود ، اثبات می شود .

پس به این نتیجه می رسیم که مبنای نور گرما ست . حال به بحث اول خود بر می گردیم ، و ابتدا از تولید نور در فرآیند فیزیکی می پردازیم : اگر به یک لامپ نگاه کرده باشید متوجه می شوید که عامل روشنایی آن یک رشته فلزی است که می درخشد ، و یا اگر به یک آهن گداخته ای توجه کرده باشید ، می بینید که آهن بر اثر حرارت روشنایی بدست آورده است . اکنون می خواهیم به عوامل انتشار نور در این فرآیند ها بپردازیم : تمام مواد از ذرات بسیار ریزی ( مولکول ها و اتم ها ) تشکیل شده اند که این مواد پیوسته در حال حرکتند . در ترمو دینامیک جنبش مولکول ها را گرما می نامند ، پس مواد در خود گرما دارند ، بنابراین از مواد امواج گرمایی تولید می شود . هنگامی که این مواد انرژی دریافت می کنند ، امواج گرمایی آن ها نیز با دریافت این مقدار انرژی طول موجشان کاهش پیدا می کند ، ودر نتیجه در محدوده نور مرئی قرار می گیرند .

فلز مقاوم رسانایی است که مقاومت الکتریکی آن زیاد است . هنگامی که آن را در مدار می گذاریم و جریان را از آن عبور می دهیم ، الکترون های حامل انرژی در مدار ، بر اثر بر خورد با اتم های فلز ، مقداری از انرژی خود را به فلز منتقل می کنند ، و از این طریق امواج گرمای فلز ، انرژی دریافت می کنند . و در نهایت ما این امواج گرمایی را به صورت نور مشاهده خواهیم کرد . طرز و مبنای ساختار روشنایی لامپ اینگونه است . وهمچنین می توان با حرارت دادن برخی از فلزات ، به امواج گرمایی آن ها انرژی داد . (البته موادی که از این طریق برای تولید نور مورد استفاده قرار می گیرند ، باید نقطه ذوبشان بالا باشد ، تا انرژی دریافتی باعث ذوب و تغییر حالتشان نشود ) . واکنش های شیمیایی زمانی رخ می دهند که در طی یک فرآیند ، پیوند میان دو اتم یا دو یون شکسته شود و از طریق تشکیل پیوند جدید ، یک ماده جدید ایجاد می شود .

برای شکستن پیوند مقداری انرژی مصرف و بر اثر تشکیل پیوند مقداری انرژی آزاد می شود . انرژی مبادله شده در این واکنش ها به صورت گرما ست . اگر گرما انرژی بیشتری را دریافت کند ، آنگاه به نور تبدیل می شود . پس اساس و پایه تبادل انرژی در واکنش های شیمیایی ، انرژی گرمایی است . می دانیم که پیوندها بر اثر تبادل یا به اشتراک گذاشتن الکترون های لایه ظرفبت ایجاد می شود . الکترون ها بر اثر اختلاف پتانسیل الکتریکی از نقطه ای به نقطه ای دیگر جابجا می شوند . اگر الکترون از سطح انرژی بالاتر به سطح پایین تر برود ، مقداری از انرژی پتانسیل آن کاهش و به صورت انرژی جنبشی تبدیل می شود ، که می توان از انرژی آن در فعالیت های مختلف استفاده کرد . اما اگر بخواهیم الکترون را از سطح انرژی پایین به سطح بالا ببریم ، باید مقداری انرژی به آن بدهیم . تشکیل و شکستن پیوندها نیز بر اساس ایجاد اختلاف پتانسیل الکتریکی است .

هنگامی که پیوندی تشکیل می شود ، الکترون های لایه ظرفیت یک اتم از سطح انرژی بالاتر ( اتمی که الکتروگا تیوی آن کم است ) به سطح انرژی پایین تر (اتمی که الکتروگاتیوی آن زیاد است ) می رود و درنتیجه در این مسیر مقداری انرژی آزاد می کند . اما هنگامی که پیوند شکسته می شود ، الکترون از سطح انرژی پایین تر به سطح انرژی بالاتر منتقل می شود ، که برای این کار انرژی لازم است . به همین دلیل است که شکستن پیوند گرماگیر و تشکیل آن گرماده . در یک واکنش شیمیایی فقط پیوند هایی که حساس و ضعیف و یا در برابر پیوند های مواد دیگر ناپایدار هستند (ناپایداری پیوندها بر اثر اختلاف پتانسیل الکتریکی بین دو محدوده اتم ایجاد می شود )، می شکنند . و از طریق تشکیل پیوند جدید ، مواد جدیدی حاصل می شوند .

پس در یک واکنش شیمیایی بر اثر شکسته شدن و تشکیل پیوندها ، گرما مبادله می شود . انرژی یک واکنش شیمیایی برابر است با مجموع انرژی آزاد شده بر اثر تشکیل پیوند ، و انرژی لازم برای شکستن پیوند . اگر انرژی لازم برای شکستن پیوندها کمتر از انرژی آزاد شده بر اثر تشکیل پیوند باشد ، آنگاه واکنش گرماده است ،که در این واکنش ها می توان گرما و نور مشاهده کرد . سوختن تمام هیدروکربنات ها ، گرماده است .

منبع : www.hupaa.com - هوپا

ترمودینامیک شیمیایی
تعیین سمت و سوی واکنش

ترمودینامیک شیمیایی در عمل ، برقراری چهارچوبی برای تعیین امکان پذیربودن یا خود به خود انجام شدن تحولی فیزیکی یا شیمیایی معین است. به عنوان مثال ، ممکن است به حصول معیاری جهت تعیین امکان پذیر بودن تغییری از یک فاز به فاز دیگر بطور خود به خود مانند تبدیل گرافیت به الماس یا با تعیین سمت و سوی خود به خود انجام شدن واکنشی زیستی که در سلول اتفاق می‌افتد، نظر داشته باشیم.

در حلاجی این نوع مسائل ، چند مفهوم نظری و چند تابع ریاضی دیگر بر مبنای قوانین اول و دوم ترمودینامیک و برحسب توابع انرژی گیبس ابداع شده‌اند که شیوه‌های توانمندی برای دستیابی به پاسخ آن مسائل ، در اختیار قرار داده‌اند.

تعادل

پس از تعیین شدن سمت و سوی تحولی طبیعی ، ممکن است علم بر میزبان پیشرفت آن تا رسیدن به تعادل نیز مورد توجه باشد. به عنوان نمونه ، ممکن است حداکثر راندمان تحولی صنعتی یا قابلیت انحلال دی‌اکسید کربن موجود در هوا ، در آبهای طبیعی یا تعیین غلظت تعادلی گروهی از متابولیتها ( Metabolites ) در یک سلول مورد نظر باشد. روشهای ترمودینامیکی ، روابط ریاضی لازم برای محاسبه و تخمین چنین کمیت‌هایی را بدست می‌دهد.

گرچه هدف اصلی در ترمودینامیک شیمیایی ، تجزیه و تحلیل در بررسی امکان خود به خود انجام شدن یک تحول و تعادل می‌باشد، ولی علاوه بر آن ، روشهای ترمودینامیکی به بسیاری از مسائل دیگر نیز قابل تعمیم هستند. مطالعه تعادلهای فاز ، چه در سیستم‌های ایده آل و چه در غیر آن ، پایه و اساس کار برای کاربرد هوشمندانه روشهای استخراج ، تقطیر و تبلور به عملیات متالوژی و درک گونه‌های کانی‌ها در سیستم‌های زمین‌ شناسی می‌باشد.

تغییرات انرژی

همین طور ، تغییرات انرژی ، همراه با تحولی فیزیکی یا شیمیایی ، چه به صورت کار و چه به صورت گرما مورد توجه جدی قرار دارند؛ این تحول ممکن است احتراق یک سوخت ، شکافت هسته اورانیوم یا انتقال یک متابولیت در بستر گرادیان غلظت باشد.

مفاهیم و روشهای ترمودینامیکی ، نگرشی قوی برای درک چنان مسائلی را فراهم می آورد که در شیمی فیزیک مورد بررسی قرار می‌گیرند. 
 

تمام واکنش‌های شیمیایی ، اساسا ماهیت الکتریکی دارند؛ زیرا الکترونها ، در تمام انواع پیوندهای شیمیایی (به راههای گوناگون) دخالت دارد. اما الکتروشیمی ، بیش ار هر چیز بررسی پدیده های اکسایش- کاهش (Oxidation - Reduction) است. روابط بین تغییر شیمیایی و انرژی الکتریکی ، هم از لحاظ نظری و هم از لحاظ عملی حائز اهمیت است.

از واکنش‌های شیمیایی می‌توان برای تولید انرژی الکتریکی استفاده کرد، (در سلولهایی که "سلولها یا پیلهای ولتایی" یا "سلولهای گالوانی" نامیده می‌شوند) و انرژی الکتریکی را می‌توان برای تبادلات شیمیایی بکار برد (در سلولهای الکترولیتی). علاوه بر این، مطالعه فرایندهای الکتروشیمیایی منجر به فهم و تنظیم قواعد آن گونی از پدیده های اکسایش- کاهش که خارج از این گونه سلولها یا پیلها روی می دهد نیز می‌شود.

سینتیک شیمیایی (Chemical Kinetic)

سینتیک شیمیایی عبارت از بررسی سرعت واکنش‌های شیمیایی است. سرعت یک واکنش شیمیایی را عوامل معدودی کنترل می‌کنند. بررسی این عوامل ، راههایی را نشان می‌دهد که در طی آنها ، مواد واکنش‌دهنده به محصول واکنش تبدیل می‌شوند. توضیح تفضیلی مسیر انجام واکنش بر مبنای رفتار اتم‌ها ، مولکول‌ها و یون‌ها را "مکانیسم واکنش" می‌نامیم.

در ترمودینامیک و الکتروشیمی ، کارها پیش‌بینی انجام واکنش بود؛ اما مشاهدات صنعتی ، نتایج ترمودینامیک شیمیایی را به نظر تایید نمی‌کند. در این حالت نبایستی فکر کنیم که پیش بینی ترمودینامیک اشتباه بوده است؛ چون ترمودینامیک کاری با میزان پیشرفت واکنش و نحوه انجام فرایندها ندارد. نظر به اهمیت انجام فرایندها از نظر بهره زمانی ، لازم است که عامل زمان در بررسی فرایندها وارد شود.

به عنوان مثال ، کاتالیزورهای بخصوصی به نام "آنزیم‌ها" در تعیین این که کدام واکنش در سیستمهای زیستی با سرعت قابل ملاحظه به راه بیافتد، عواملی مهم هستند. مثلا مولکول "تری فسفات آدنوزین" (Adnosine triphosphate) از لحاظ ترمودینامیکی در محلولهای آبی ناپایدار بوده و باید هیدرولیز گردیده و به "دی فسفات آدنوزین" و یک فسفات معدنی تجزیه شود. در صورتی که این واکنش در غیاب آنزیمی ویژه ، "آدنوزین تری فسفاتاز" ، بسیار کند می‌باشد.

در واقع همین کنترل ترمودینامیکی سمت و سوی واکنش‌ها به همراه کنترل سرعت آنها توسط آنزیمهاست که موجودیت سیستمی با تعادل بسیار ظریف ، یعنی سلول زنده را مقدور می‌سازد. بیشتر واکنش‌های شیمیایی طی مکانیسمهای چند مرحله‌ای صورت می‌گیرند. هرگز نمی‌توان اطمینان داشت که یک مکانیسم پیشنهاد شده ، بیانگر واقعیت باشد. مکانیسم واکنشها تنها حدس و گمانهایی بر اساس بررسیهای سینتیکی‌اند.

ارتباط شیمی فیزیک با سایر علوم

همانطور که عنوان شد و از نام شیمی فیزیک پیداست، این علم ، مسائل و پدیده‌های شیمیایی را با اصول و قوانین فیزیک توجیه می‌کند و ارتباط تنگاتنگی میان شیمی و فیزیک برقرار می‌کند. علاوه بر آن ، روابط بسیار پیچیده شیمیایی با زبان ریاضی ، مرتب و طبقه‌بندی شده و قابل فهم می‌گردد. بسیاری از پدیده‌های زیستی مانند سوخت و ساز مواد غذایی در سلولهای بدن با علم شیمی فیزیک توجیه می‌شود و این ، ارتباط شیمی فیزیک را با زیست شناسی و به تبع آن پزشکی بیان می‌کند.

بسیاری از پدیده های طبیعی که به صورت خود به خودی انجام می‌گیرد، همانند تبدیل خود به خودی الماس به گرافیت ، با علم شیمی فیزیک توجیه می‌شود.

کاربردهای شیمی فیزیک

ارتباط شیمی فیزیک با سایر علوم ، کاربردهای اقتصادی و اجتماعی این علم را بیان می‌کند. به عنوان مثال ، با مطالعه الکتروشیمی ، به پایه و اساس پدیده‌های طبیعی مانند خوردگی فلزات پی برده و می‌توان از ضررهای اقتصادی و اجتماعی چنین پدیده‌هایی جلوگیری کرده و یا این پدیده‌ها را به مسیری مفید برای جامعه سوق داد. علاوه بر آن ، کاربرد قوانین ترمودینامیک مانند "نقطه اتکیتک" در جلوگیری از ضررهای جانی و مالی پدیده‌های طبیعی مانند یخ بندان بعد از بارش برف ، بسیار مفید می‌باشد (مخلوط کردن برف و نمک بر اساس نقطه اتکیتک).

فراموش نکنیم که تمامی باطری‌ها و پیلهایی که وسایل زندگی ما با نیروی آنها بکار گرفته می‌شوند، براساس قوانین شیمی فیزیک ساخته شده‌اند.

منبع : www.roshd.ir - رشد