X
تبلیغات
فيزيك دوم 2 سمپاد اروميه

فيزيك دوم 2 سمپاد اروميه

اوبلاگ تخصصي گروه فيزيك سمپاد (دوم 2 )

خوش آمديد

نوشته شده توسط نعيم گهرنيا

+ نوشته شده در  دوشنبه سیزدهم دی 1389ساعت 20:44  توسط   | 

تاريخچه فيزيك

همانطور که متقدمین از روی تجربه و امتحان به خواص باطنی پاره‌ای از اجسام بی‌پرده و از ترکیب مواد به وسایل مختلف (تشویه، تکلیس، تقطیر و غیره) مواد شیمیائی بدست آورده و برای علمای شیمی جدید مایه‌ای درست کرده‌اند، همینطور هم تحقیق در خواص فیزیکی اجسام از مسائل تازه نیست و از قدیم الایام انسان درصدد کشف آنها بوده و از توجه به تغییرات و خواص ظاهری به بعضی اصول و قواعد فیزیکی پی برده و فیزیک جدید در حقیقت مولود توجهات و تحقیقات متقدمین می‌باشد.
مثلاً‌ تالس که قدیمی‌ترین و معروفترین حکمای سبعه است و تقریباً در شش قرن قبل از میلاد می‌زیسته محقق ساخت که از مالش کهربا خاصیتی در آن به ظهور می‌رسد که اجسام سبک را جذب می‌کند، همچنین فیثاغورث حکیم و ریاضی‌دان معروف یونانی و شاگردهایش به پاره‌ای مسائل و قضایای صوت پی برده بودند. (این دانشمند اول کسی است که زمین را متحرک می‌دانست).
ارسطو نیز در چهار قرن قبل از میلاد تئوریهای دقیقی در باب کائنات الجو (از قبیل جرثقیل، منجنق، میزان‌الغلظة و پیچ (پیچ ارشمیدس Vis sans pin) را اختراع نموده.
البته موضوع محاصرة سیراکوز را به توسط رومیان و سه سال مقاومت اهالی آن شهر را به وسیله نقشه‌های ارشمیدس اغلب در تاریخ دیده‌ایم. گویند یکی از وسایلی که ارشمیدس برای دفاع از وطن خود بکار می‌برد این بود که به وسیله آئینه‌های مقعر اشعه آفتاب را جمع کرده به جانب کشتیهای دشمن منعکس می‌ساخت وبدین‌وسیله آنها را آتش می‌زد.
همچنین قانونی را که راجع به «اجسام مرتمسة در مایعات» وضع کرده از قوانینی است که به وسیلة اتفاق غریبی به کشف آن نائل شده است:
هیرن پادشاه سیراکوز به زرگری دستور داده بود که تاجی از طلای خالص برای او بسازد، زرگر در ساختن تاجی تقلب کرده مقداری نقره با آن ممزوج کرده و نزد هیرن بود. اتفاقاً پادشاه به زرگر ظنین شد و برای اطمینان خاطر خود ارشمیدس را بطلبید و او را مأمور تحقیق خلوص یا عدم خلوص تاج نمود. ارشمیدس مدتها در این باب فکر می‌کرد ولی راه‌حلی به نظرش نمی‌رسید تا روزی که به حمام رفته بود در خزینه آب احساس کرد که دست‌ها و پاهایش سبکتر به نظرش می‌آید.
این مسئله کوچک روزنة امیدی برای او پیدا و بدین‌وسیله به کشف حقیقت بزرگی نایل گردید. معروف است که در اثر حالت غیرطبیعی که از اکتشاف مزبور برای ارشمیدس دست داده بود با همان حال برهنگی از حمام خارج و دوان دوان به جانب خانه سلطان روان گردید و فریاد می‌زد: Eureka! Eureka یعنی یافتم، یافتم . در واقع هم وسیله کشف تقلب زرگر را از روی کشف قانون کلی «تعیین وزن خالص مخصوص اجسام نسبت به آب» پیدا کرده بود.
قانونی را که ارشمیدس به وسیلة فوق موفق به کشف آن گردیده موسوم به D’Archimede Principle و به قرار ذیل می‌باشد:
بر کلیه اجسام مرتمسه در سیال (مایعات و گازها) فشاری از تحت به فوق وارد می‌آید که مقدار آن مساوی است با وزن سیال تغییر مکان یافته.
بالاخره بطلیموس (قرن دوم میلادی) منجم و ریاضی‌دان یونانی نیز تحقیقات عمیقی راجع به نور کرده و کتاب نفیسی در این مبحث از خود باقی گذارده است.
پس از بطلمیوس تحقیقات فیزیکی تا قرن ۱۳ میلادی متوقف شد و حتی می‌توان گفت که رو به انحطاط گذارد. فقط عده‌ای از قبیل جابر و محمدبن موسی در این رشته زحماتی کشیده و اطلاعات قابل توجهی کسب کرده بودند.
● قرون وسطی
اما تحصیل فیزیک در کشورهای غربی از قرون سیزدهم شروع می‌شود علمای معروف این علم در این قرن عبارتند از: راجر بیکن و آلبرت کبیر.
▪ در این عصر دو اختراع مهم بعمل آمد:
یکی آئینه‌های صیقلی و دیگری عینک (Salvino Degli-Armati)
در قرن چهاردهم استعمال ))قطب نما تعمیم یافت. قرن پانزدهم راجع به ««فیزیک تقریباً چیز مهمی ندارد.
بالعکس در قرن شانزدهم مخصوصاً مباحث ثقل و نور و مغناطیس رو به کمال رفته‌اند. در این زمان فراسکاتور (ایتالیائی) قانون ترکیب قوه، را وضع کرد،‌ Gardon ریاضیات را با فیزیک مربوط ساخت، Moralyeus عمل زجاجیه چشم را به واسطة آثار عدسیها به مورد تجربه گذارد.
جانسن ))میکروسکپ را اختراع «۱۵۹۰» و روبرت ««نورمن انگلیسی میل مغناطیسی را تعیین نمود. بالاخره ژیلبرت اولین تجارت علمی الکتریکی و مغناطیسی را در کتاب معروف خود (Magnete)تدوین و منتشر ساخت.
● فیزیک جدید
پایة فیزیک جدید در قرن هفدهم به توسط گالیله گذارده می‌شود؛ این دانشمند شهیر ایتالیائی متولد شهر پیزا رفته بود اتفاقاً چشمش به قندیلی می‌افتد که به سقف آویزان بود و آهسته نوسان می‌کرد چون خوب متوجه شد دید: نوسانات که رفته رفته از وسعت خود می‌کاستند زمانشان پیوسته تغییر ناپذیر می‌ماند _ بدین طریق قانون متحدالزمان بودن «Lsoc hronisme » نوسانات کوچک پاندول را کشف و بعد هم بلافاصله مورد استعمال آن برای تنظیم ساعتهای دیواری از نظرش خطور کرد.
دماسنج، ترازوی آبی و دوربین نجومی از اختراعات و اصول ««دینامیک جدید و عده‌ای از قوانین نقل از کشفیات اومی‌باشد.گالیله نه تنها فیزیکدان«« معروفی بوده بلکه در ««ریاضیات و نجوم مقامی بس ارجمند داشته. این دانشمند درسال ۱۶۰۹ اولین دوربین نجومی را در شهر ونیز بنا نهاد و به وسیلة آن حرکت ماه را بدور محور خود مشاهده کرد.
رصدهای دقیق گالیله او را به سلسله هیئت کپرنیک هدایت نمود و به عکس نظر به قدما که زمین را مرکز عالم سماوی می‌دانستند ثابت کرد که مرکز عالم شمسی آفتاب است نه زمین. بیان این نظریه در آن زمان در ایتالیا که به منزلة کفر و زندقه محسوب می‌شد و بخصوص دربار رم با این نظر بشدت مخالفت کرده و گالیله را وادار کردند سوگند یاد کند دیگر به اظهار چنین نظریه‌ای زبان نگشاید‌، گالیله نیز خواهی نخواهی قبول کرد ولی در سال (۱۶۳۲) در مراجعت به فلورانس کتابی تدوین و در آن جمیع ادله و براهین خود را در موضوع سلسلة هیئت مزبور بیان نمود.
باری دانشمند ایتالیائی برای صرف اظهار حقیقت اواخر عمر را بطور نیمه اسیر و شدیداً تحت نظر انگیزیسیون می‌زیسته تا اینکه بالاخره در سال (۱۶۴۲) زندگانی را بدرود و خود را از شر دشمنان علم و حقیقت آسوده ساخت.
اگر چه مخترع دماسنج گالیله می‌باشد ولی نقطه ذوب یخ را برای صفردماسنج (Hooke) قرار داد و ثبوت نقطه جوش آن را Halley تعیین کرد. بالاخره دماسنجی که صعود منظم درجات حرارت را نشان دهد به توسط Renaldini ساخته شد.
دکارت قوانین انکسار و تئوری رنگین کمان را بنا نهاد. توریچلی میزان الهوا را ساخت که پس از او پاسکال آن را برای اندازه‌گیری ارتفاعات بکار برد. تحقیقات و تجسساتی که پاسکال در تعادل مایعات کرد او را به اختراع منگنه آبی راهنما شد.
در همین دوره آکادمی دل سیمانتو Academie Del cimento که لئوپلد دومدیسی در فلورانس تشکیل داده بود کمک زیادی به پیشرفت شاخه های گوناگون فیزیک نمود.
چندی بعد در فرانسه نیروی جاذبه را اندازه گرفتند و مقدار (G) تصحیح شد (۸۱/۹متر) مجدداً اسحاق نیوتن بعد از شنیدن این خبر به خیال اول خود رجوع نموده و آن را موضوع حساب قرارداد، گویند در اواخر همین که دید نتیجه موافق پیش‌بینی اوست از فرط شعف نتوانسته محاسبه را به اتمام رساند.
اسحاق نیوتن به واسطه استدلال رفته رفته به کشف این قانون کلی نایل شد: هر دو ذره مادی یکدیگر را به نسبت معکوس مجذور فاصله و مقدار جرمشان جذب می‌کنند.
خلاصه این عالم شهیر به واسطه اکتشافات و اختراعات خود یک روح جدید به فیزیک (بخصوص مبحث نور) بخشید. حلقه‌های رنگین (Anneaux colrees) و تجزیه نور بالون اصلیه آن از اکتشافات و تلسکوپ آئینه‌دار از اختراعات او است.
رمر (Ronmer) سرعت نور را اندازه گرفت و ماریت (فرانسوی) و بویل (Boyle) (انگلیسی) قانون فشار گاز را وضع کردند.در درجه حرارت ثابت حجم هر بخار یا گاز با فشار ی که بر آن وارد می‌آید نسبت معکوس دارد .
بویل ماشین تخلیه هوا را که Otto de Cueriche قاضی عدلیه شهر ماگدبورگ اختراع کرده بود تکمیل نمود. بالاخره اولین طرح ماشین بخار به توسط Papin ریخته شد.
اگر چه قرن هجدهم برای فیزیک بدرخشندگی قرن هفدهم نمی‌باشد ولی به هرحال آن را قرن بی‌ثمری هم نمی‌توان نامید.
در این قرن صوت بر روی مبانی محکم قرار گرفت: قانون تارهای مرتعشه را سوور طرح‌ریزی، و تایلر(Taylor) و (Bevnoulli) و Euler و (D’Alambtrt) تکمیل کردند.
دوفه جذب و دفع‌های الکتریکی را تحت تحقیق درآورد. دوفه می‌گوید:
”من در تجربیات خود قانونی یافتم که غالب مشکلات را حل می‌کند و تا درجه‌ای راه تاریک را روشن می‌سازد.
اجسام الکتریزه هر چیز غیر الکتریک را جذب می‌کنند و چون الکتریزه شدند دفع می‌نمایند و تا طلائی را بدوا لوله بلوری الکتریزه جذب می‌کند ولی فوراً دفع می‌نماید و تا هنگامی که ورقه طلا مجاور جسم دیگری نشود تا الکتریسته آن را خارج شود جذب نمی‌گردد.”
علاوه بر این دفع الکتریسته را به دو بخش نموده و می‌گوید:
اتفاق به من قانون عمومی‌تر و مهمتری آموخت و در الکتریسته تغییری کامل داد و آن این است که الکتریسته دو نوع است که من یکی را شیشه‌ای و دیگری را سقزی می‌نامم. خواص دو نوع الکتریسته مزبور این است که دو الکتریسته هم جنس یکدیگر را دفع و دو الکتریسته مختلف‌ همدیگر را جذب می‌نمایند. بلور‌، سنگ، سنگهای بزرگ، پشم و بسیاری از اجسام دیگر جزء نوع اول و کهربا، سقزها، ابریشم، نخ، کاغذ و غیره، جزء نوع دوم می‌باشند.
بعد قوانین و اصول کولن در خصوص جذب و دفع باعث شد که الکتریسته تحت محاسبات دقیق درآید.
گری ثابت کرد که بدن انسان را می‌توان الکتریزه نموده و دوفه در تجربه‌ای که همه تماشاچیان را مبهوت ساخت از بدن انسان جرقه درآورد. در سقف اطاق خود چند ریسمان ابریشمی می‌آویخت و در زیر آن چیزی گهواره مانند بسته در آن می‌خوابید خود را با میله کلفت بلوری الکتریزه می‌نمود و چون کسی دست به طرف او دراز می‌کرد از بدنش جرقه می‌جست اولین دفعه‌ای که دوفه این تجربه را نمود موجب تعجب بسیار شاگرد خود آبه نله که بعدها عالم مشهوری شد گردید. آبه نله می‌گوید «هیچوقت تعجبی را که از رویت جهش جرقه از بدن انسان برایم دست داد فراموش نمی‌کنم». خلاصه کارهای دوفه به تجسسات بی‌فایده علما خاتمه داد و از آن بعد الکتریسته وارد تاریخ تازه‌ای گردید.
Muschenbroech بطری لید را اختراع کرد (۱۷۴۳) و فرانکل شباهت تخلیه الکتریکی و صاعقه را نشان داد و در نتیجه برق گیر را برای حفظ ساختمان از برق اختراع نمود. تجربه گالوانی، ولتا را به اختراع پیل (۱۸۰۰) یعنی اساس الکتریسته جاری هدایت کرد و آن به قرار ذیل است:
ابتدا ستون فقرات ناحیه قطنی قورباغه‌ای را به دو قسمت کرده فوراً قسمت تحتانی را پوست می‌کنند بعد مابین دو عصب قطنی را که در طرفین ستون فقرات مثل رشته‌های سفیدی به نظر می‌آیند مفتولی از مس داخل می‌کنند سر دیگر مفتول وصل به مفتول دیگرست که از روی ساخته شده، هر وقت سر مفتول مسی را به اعصاب قطنی وسر مفتول رویی را به عضلات یکی از پای قورباغه وصل کنیم پاهای حیوان تا شده و تکان می‌خورد و هر دفعه که این دو مفتول را مجاور آن دو عضو کنیم این اثر تجدید می‌شود: این دو فلز «مس و روی) که به شکل قوسی ساخته شده‌اند برای جریان الکتریسته با بدن قورباغه تشکیل مدار می‌دهد.
باید دانست که مبحث مغناطیس الکتریک نتیجه اکتشافات دو عالم سابق الذکر یعنی ارستد و آمپر می‌باشد و همانطور که نام این دو دانشمند در یک موقع و یک عصر و یک مبحث برده شده همانطور هم جهات تشبیه در بسیاری از مباحث بین ایشان موجود بود: اولاً هر دو معاصر بوده تولدشان دو سال و وفاتشان یک سال با یکدیگر فرق داشته‌، ثانیاً آمپر فقط یکسال بیش از ارستد عمر کرده (عمر آمپر ۷۵ و عمر ارتسد ۷۴ سال است). ثالثاً هر دو در ابتدای تحصیل در نهایت فقر و پریشانی بسر می‌بردند و به خرج و کفالت اولیای دیگر و معلمین خود تحصیل را تکمیل کردند. رابعاً ارتسد در عنفوان جوانی اشعاری می‌سرود که چندان بی‌اهمیت نبوده آمپر نیز قطعات نظمی گفته که بعضی از آنها را آراگو و دیگران ضبط کرده‌اند. پنجم آمپر فیلسوف و حکیم نیز بوده و ارستد هم فلسفه و حکمت را نزد بزرگترین فلاسفه یعنی کانت آموخته و از این علم نیز بهره کافی داشت، ششم در باقی علوم نیز با یکدیگر شباهت داشته باشند.
فاراده (Faraday) ابتدا الکتریسیته را بنا نهاد، اصول گالوانوپلاستی را ژاکبی اهل پتروگرادواسپنسر اهل لندن وضع الکینگتن و روالتس را مطلاکاری بکار بردند.
گالوانوپلاستی صنعتی است که توسط تجزیه الکتریکی فلزات را در قالب مخصوص رسوب و مورق می‌کنند به نحوی که به جدار آن نچسبد و خود تشکیل شکل درونی قالب را بدهد. چنانکه سابقاً ذکر شد آمپر عمرش وفا نکرد و بعد از او به نتیجه رسیدند چنانکه آراگو قانون او را تکمیل کرده و تعمیم داد و گوس یکی از بزرگترین ستاره شناسان و ریاضی دانان آلمان اختراع تلگراف را تکمیل کرده و بعدها طبیعی‌دان آمریکائی موسوم به مرس الفبائی برای تلگراف درست کرده دستگاه آن را ساخت و دستگاه تلگرافی وی که به تلگراف مرس موسوم است هنوز در کلیه کشورهای معمول و مرسوم می‌باشد. آراگو علاوه بر تکمیل قوانین آمپر و ارستد اکتشافات و تحقیقات علمی دیگر هم کرده است منجم««له ثابت کرد که در عالم خلاء وجود ندارد بلکه در تمام فضای لایتناهی جسم سیال بسیار رقیقی موسوم به ««اتر موجود است که در همه جا حتی در خلل و فرج اجسام جای دارد و نیز اثبات نمود که اجسام نورانی دارای ارتعاشات بسیار سریعی هستند و اثر این ارتعاشات را با سرعت زیادی به ما منتقل می‌کند. پس از تکمیل تلگراف طولی نکشید که به واسطه تجربیات هرتز آلمانی در خصوص انتشار امواج الکتریکی باب جدیدی برای تلگراف بی‌سیم باز شد چنانکه پس از او مارکنی ایتالیائی و برانلی فرانسوی تجربیات او را تعقیب و بالاخره تلگراف بی‌سیم را عمل کردند. در اینجا بی‌مناسبت نیست که بطور اختصار شرحی از تاریخ تلگراف بیان شود. در قدیم الایام بین چینی‌ها و یونانی‌ها و رومی‌ها مرسوم بود که در اوقات جنگ برای اخبار یا استخبار از وضعیات دستجات قشون خود و یا دادن دستورات سوق الجیشی در بالای برجهای مخصوص ویا قلل تپسه‌ها و کوه‌ها آتش روشن می‌کردند و به وسیله حرکت دادن مشعل‌های بزرگ و علامات و اشاراتی که قبلاً قرارداد کرده بودند مطالب خود را به طرف مقابل می‌فهماندند. مردم گل مرسومشان این بود که از افراد خود به فواصل متساوی پست می‌گذارند و این مأموران کنایات در مورد قرارداد را فریاد کنان به پست‌ها می‌رساندند.
پس از هجوم و استیلای وحشیان و تا مدتی بعداز آن یعنی تا قرن شانزدهم این نوع علائم اخباری از بین رفت. از قرن شانزدهم به بعد مجدداً این ترتیب مخابره شروع شد و تا قرن هجدهم ادامه داشت در این قرن کلدشاپ مهندس و فیزیکدان فرانسوی یک دستگاه تلگراف هوائی اختراع کرد و اولین دفعه مجمع کنوانسیون آن را برای پیغام و اطلاع خبر فتح کننده اتریشی‌ها به کار برد. بالاخره پس از آنکه دامنه الکتریسته وسعت یافت، واسطة انتقال اخبار جریان الکتریسیته شد. اولین دستگاه تلگرافی دنیا در سال ۱۷۷۴م به توسط لزاژ فرانسوی در ژنو ساخته شد. هر دستگاه تلگراف (باسیم) شامل چهار قسمت است: اولاً یک منبع الکتریکی از قبیل پیل یا آکومولاتر، ثانیاً یک دستگاه ارسالی خبر که بتوان منبع الکتریک را به وسیله مفتول‌های فلزی (سیم) به پست مقابل مربوط ساخت بطوری که تلگرافچی بتواند با اراده خود جریان را قطع و وصل کند. ثالثاً‌ سیم، واسطة ارتباط و هادی جریان الکتریسیته دستگاه ارسال است به دستگاه ضبط. چهارمً‌ دستگاهی برای ضبط خبر که به توسط آلات مخصوص علامت و رموز را در روی نواری از کاغذ ثبت کند. سیمهای تلگرافی بر سه نوعند: هوائی،‌ زیرزمینی و زیرآبی سیمهای هوائی _ زیرزمینی و زیرآبی سیمهای هوائی _ چون مقاومت سیمهای مسی چندان زیاد نیست و ممکن است زود بزود گسیخته شود لهذا سیمهای هوائی را با آلیاژهای مسی می‌سازند این مفتولها به واسطه مقره‌های چینی به تیرهای فلزی یا چوبی ثابت و در هوا نگاه داشته شده است. سیمهای زیرزمینی _ مرکب است از چند مفتول مسی بهم پیچیده که از یک ورقه ضخیم گوتاپیرکا پوشیده و روی آنرا یک ورقه سرب کشیده‌اند. سیم‌های زیرزمینی و زیرآبی _ این نوع سیمها معمولاً مرکبند از یک دسته هفت‌تائی مفتول مسی متصل به هم که روی آن را با یک ورقه ضخیم از جسم عایقی پوشانده‌اند. این ورقه عایق از سیمهای فولادی مستور است و دور این مفتولها نوار مارپیچی شکل علفی (از جنس شاهدانه) الوده به قطران پیچیده‌اند

نوشته شده توسط نعيم گهرنيا

+ نوشته شده در  دوشنبه سیزدهم دی 1389ساعت 20:43  توسط   | 

کوره آفتابی

مقدمه

کوره آفتابی وسیله‌ای است برای تولید گرما بوسیله تجمع و تمرکز نور خورشید در یک نقطه خاص و استفاده از حرارت آن نقطه برای تولید آب گرم و بخار آب گرم. کوره آفتابی به شکل بشقاب کاو (مقعر) و آینه‌ای و صیقلی (که نورهای تابیده شده به طرف خود را بازتاب می‌کند) است. نورهای تابیده شده از بی نهایت دور موازی هستند، بنابراین همه آنها بعد از بازتابش نقطه خاصی به نام کانون می‌گذرند. برای ورود به بحث با چند اصطلاح آشنا می‌شویم.


  1. مرکز آینه (C): نقطه‌ای است که فاصله تمام نقاط سطح از آن نقطه ثابت است.

  2. کانون (F): نصف فاصله سطح تا مرکز را کانون می‌نامند و فاصله و سطح بشقاب (رأس آینه) تا کانون فاصله کانونی (f) نامیده می‌شود.

  3. محور اصلی: خطی فرضی که وسط (رأس) بشقاب را به مرکز وصل کرده و کانون روی آن نیز کانون اصلی نامیده می‌شود.



 




پرتو نورهای تابیده شده نسبت به محور اصلی در بازتاب تقارن آینه‌ای دارند. پرتو نورهایی که موازی محور اصلی بتابد حتما بازتاب آنها از کانون می‌گذرد (کانون اصلی) ، پس در آن نقطه حرارت و گرما بسیار بالاتر از اطراف است. پس اگر منبع آب در آن نقطه قرار داده شود آب در اثر انرژی دریافتی از خورشید بسیار گرم خواهد شد و این اساس یک کوره آفتابی است.

نمونه کوچک و قدیمی کوره آفتابی ذره‌بین است که از شیشه محدب یا حتی یخ تراشیده شفاف ساخته می‌شد. امروزه از اجسام آینه‌ای با توجه به ویژگی ساختمانی گفته شده برای تولید آب گرم منازل در ابعاد محدود در پشت بامها و در ابعاد بزرگتر ساختمان بلند که نمای بیرونی آن به شکل کاو طراحی شده و در نمای جلویی آن از شیشه‌های رفلکس و آینه‌ای برای بازتاب نور استفاده می‌شود، بطوری که بازتابها در یک نقطه در مقابل یعنی کانون جمع می‌شوند.

در کانون یک منبع آب قرار می‌دهند و با لوله کشیهایی به توربین تولید برق وصل می‌کنند، با توجه به ابعاد ساختمان انرژی گرمایی دریافتی فوق العاده بالاست و بخار آب تولید شده با جریان شدید در لوله‌ها به توربین رسیده و باعث چرخش آن و تولید برق ارزان قیمت در چنین مجموعه نیروگاهی برق - آبی می‌گردد.

با توجه به پیشرفت صنعتی ، نیاز روز افزون به انرژی ، گرانی ، محدودیت منابع ، ناوگان حمل و نقل ، آلودگیهای زیست محیطی برخی منابع انرژی مثل سوختهای فسیلی ، پسماندها و ... . استفاده از انرژی خورشید به عنوان منبع سالم و تجدید پذیر انرژی در زمین راه کار مناسبی برای منازل در جهت کاهش هزینه و آلودگی و ... باشد، بویژه که برخی مناطق به دلیل صعب العبور بودن و هزینه انتقال و تلفات انرژی بالایی دارند.



 





برای افزایش بهره‌وری در استفاده از بشقابها و نیروگاهها می‌توان موارد زیر را در نظر گرفت. موقعیت جغرافیایی ، اقلیمی ، ویژگیهای آب و هوا با توجه به آفتابی بودن ، طول روز مسیر ظاهری حرکت خورشید در آسمان از طلوع تا غروب و با استفاده از منابع اطلاعاتی در این مورد می‌توان اطلاعات لازم را بدست آورد.

استفاده از مواد مناسب و طراحی آنها در جهت افزایش نسبت بازتاب به نور تابشی و همچنین برنامه رایانه‌ای و یک موتور برای چرخاندن دستگاه و مجموعه برای افزایش کارایی توصیه می‌شود، طوری که بشقاب و مجموعه همواره مسیر حرکت خورشید را تعقیب کرده و متناسب با آن بچرخد. در برنامه رایانه‌ای استفاده از روش و نمودار رویدات و سلرز - مدار میل خورشید بر حسب عرض جغرافیایی ، انرژی رسیده به سطح و توان جذب و بازتاب سطح در منبع فوق سودمند است.

نوشته شده توسط بنیامین حسینی

+ نوشته شده در  پنجشنبه پنجم اسفند 1389ساعت 20:39  توسط   | 

ذره بین

دیدکلی

ذره بین جزو دستگاههای نوری است، که برای مشاهده اشیا به نحو مطلوب بکار می‌رود. برای رویت اجسام آنها را به چشم نزدیک می‌کنند اما در چشم این نزدیک سازی تا حداقل رویت برای چشم مقدور است. اگر به حداقل رویت برسیم باز هم جسم را به خوبی ببینیم از ذره بین استفاده می‌کنیم. پس ذره بین از جسم کوچک یک تصویر بزرگی ایجاد می‌کند و چشم به جای رویت خود جسم آن را از طریق تصویرش رویت می کنید. برای این منظور جسم را در فاصله کانونی ذره بین قرار می‌دهند تا تصویر مجازی بزرگی داشته باشند. بعضی از دستگاههای نوری مثل ذره بین و عینک فقط از یک عدسی و برخی دیگر مانند دوربین فیلمبرداری از عدسیهای متعدد تشکیل یافته‌اند. کار ذره بین درشت نمایی اجسام است.

توان

در یک دستگاه نوری نسبت قطر ظاهری تصویر نهایی به طول شی را توان دستگاه می‌نامند، که قطر ظاهری بر حسب رادیان و طول شی بر حسب متر و توان بر حسب دیوپتر مطرح می‌شود.

فروغ ذره بین

احتمالا ذره بین تمام نور داخل شده را عبور ندهد و به دلایلی جذب و ... نور را تلف کند. برای همین یک ضریب شفافیت برای اسباب نوری تعریف می‌کنیم. ضریب شفافیت را فروغ ذره بین نیز می‌گویند.

درشت نمایی ذره بین

درشت نمایی ذره بین عبارت است از نسبت قطر ظاهری تصویر به قطر ظاهری شی واقع در نزدیکترین فاصله دید (بدون ذره بین). اما اگر مسیر پرتوها را رسم کنیم با استفاده از قواعد هندسی به راحتی می‌توانیم رابطه درشت نمایی را ساده تر کرده و بر حسب فاصله کانونی بیان کنیم. بنابر این اگر فاصله کانونی را با f و درشت نمایی را با G نشان دهیم، در این صورت درشت نمایی به صورت زیر خواهد بود.


G=1+25/f

بهترین محل قرار دادن جسم نسبت به ذره بین فاصله کانونی است، چون پرتوهای نوری موازی از ذره بین خارج می‌شود و چشم آنها را در حداکثر رویت خود می‌بیند و چشم آن نورهای موازی را در حالت استراحت می بیند که بهترین وضعیت چشم در حال رویت است. پس برای استراحت چشم G=25/f می‌باشد.

دامنه تنظیم یا حد میزان کردن

حرکت ذره بین و فاصله گرفتن آن از چشم بین حداقل و حداکثر رویت در تغییر است. اما می‌توانیم ذره بین را ثابت گرفته و جسم را در این محدوده تغیر فاصله داده و دور و نزدیک کنیم. بنابراین دامنه تنظیم عبارت از فاصله‌ای است که چنانچه شی در آن فاصله تغییر مکان پیدا کند، تصویر آن از نزدیکترین فاصله دید تا دورترین فاصله دید تغییر مکان یابد. بنابر این در کل ذره بین را به عنوان عدسی ضخیم در نظر گرفته و با استفاده از صفحات اصلی آن را نمایش می‌دهیم.

افزایش درشت نمایی

چنین به نظر می‌رسد که با کمتر کردن فاصله کانونی (f) می‌توان درشت نمایی ذره بین را افزایش داد. اما به علت ابیراهیها در یک عدسی همگرا این عمل محدود می‌شود. اما اگر ابیراهیها تصحیح شوند، می‌توان درشت نمایی ذره بین را تا 20 برابر بالا برد. برای بالا بردن درشت نمایی نمی‌توان ابیراهیها را به میزان مناسب تصحیح کرد.

نوشته شده توسط امیر صالحی

+ نوشته شده در  پنجشنبه پنجم اسفند 1389ساعت 20:39  توسط   | 

عدسیها

عدسی، یا لنز، از ابزارهای نوری است که تقارن محوری دارد و نور را عبور می‌دهد و می‌شکند. عدسی‌ها از ماده‌های شفاف مانند شیشه و پلاستیک ساخته می‌شوند. عینک طبی و ذره‌بین و لنز دوربین‌های عکاسی و چشمی همه با عدسی ساخته شده‌است. عدسی از نظر شیوه شکست نور در آن به دو دسته عدسی همگرا و عدسی واگرا تقسیم می‌شود.

 

گونه‌های عدسی

عدسی همگرا: در عدسی همگرا، پرتوهای تابش، پس از شکست و گذر از عدسی، به هم نزدیک می‌شوند (یعنی همگرا می‌شوند). در عدسی‌های همگرا، لبه‌ها نازکتر از وسط آن است و به طور معمول برای کاربردهای متفاوت به شکل‌های دو کوژ، کوژتخت و هلالی همگرا ساخته می‌شوند.این عدسی از اتّصال دو منشور که از قاعده به یکدیگر وصل شده اند تشبیه شده است. از این نوع عدسی در میکروسکوپ ها( تمام قسمت‌ها ) تلسکوپ ها( برخی قسمت‌ها ) و عینک افراد دوربین یا آستیگمات* ( ترکیب عدسی‌های محدّب با چینش مخصوص ) استفاده می‌شود

  • در این عینک‌ها اگر کانون مجازی را روی شیئی قرار دهید و از پشت عینک به آن نگاه کنید می بینید که شیء بزرگتر شده و حالتی کج پیدا کرده است.

عدسی واگرا: در عدسی‌های واگرا، پرتوهای تابش، پس از شکست و گذر از عدسی، از هم دور می‌شوند (یعنی واگرا می‌شوند). لبهٔ این عدسی‌ها پهن‌تر از وسط آن است و به شکل‌های دو کاو، کاو تخت و هلالی واگرا ساخته می‌شوند. این نوع عدسی را می‌توان به دو منشور که از زاویهٔ مقابل قاعده به یکدیگر وصل شده اند تشبیه کرد. از این عدسی در تلسکوپ ها، دوربین ها، و همچنین عینک برای افراد نزدیک بین و نزدیک بین-آستیگماتپ* استفاده می‌شود

  • در این عینک‌ها اگر از پشت آن به شیئی نگاه کنید خواهید دید که شیء کوچکتر و مایب می‌شود.

 عدسی‌های مرکب

عدسی‌های گوناگون بر پایهٔ ساختار

عدسی‌ها را بر پایهٔ ساختار اینگونه بخش‌بندی می‌کنند:

  • عدسی کوژ - تخت: آنچنان عدسی است که یک طرف آن کوژ و یک طرف آن تخت می‌باشد. این عدسی‌ها در تلسکوپ‌ها استفاده می‌شود. در صورتی که از سمت تخت آن چیزی را مشاهده کنید اشیاء کمی حالت wide پیدا می‌کنند ( خظوظ منحنی می‌شوند)
  • عدسی دو کوژ: آنچنان عدسی است که هر دو طرف آن کوژ می‌باشد. این عدسی در ذرّه ین، میکروسکوپ و تلسکوپ استفاده می‌شود. تصویر از هر دو طرف یکسان است مگر این که بر آمدگی یک طرف از دیگری کمتر یا بیشتر باشد.
  • عدسی هلالی (کوژ): آنچنان عدسی است که یک طرف آن کوژ و طرف دیگرش کاو باشد. این عدسی در عینک‌ها استفاده می‌شود و تصویر از هر طرف آن به نوعی wide می‌باشد.
  • عدسی تخت - کاو: آنچنان عدسی است که یک طرف آن کاو و طرف دیگرش تخت باشد. این عدسی‌ها در برخی عینک‌های بسیار ته استکانی استفاده شده و تصویر از سمت تخت آن wide و از سمت فرو رفتهٔ آن تنها کوچک می‌شود.
  • عدسی دو کاو: آنچنان عدسی است که هر دو طرف آن کاو باشد. تصویر از هر دو طرف یکسان است مگر این که یک سمت از دیگری فرورفته تر یا برجسته تر باشد.
  • عدسی هلالی (کاو): آنچنان عدسی است که یک طرف آن کوژ و طرف دیگرش کاو باشد. این عدسی در عینک‌ها استفاده شده و تصویر از هر سمت آن به نوعی مایل می‌باشد.

 تصاویر غیر واقعی

اگر ذره بینی را نزدیک صفحه‌ای از یک کتاب بگیرید، شکلی بزرگتر از آنچه روی صفحه کتاب است می بینید. زیرا پرتوهای نور بازتاب شده از صفحه کتاب، پس از عبور از عدسی از هم دور می‌شوند. پرتوهای نوری که از اجسام دور می‌آیند، پس از عبور از ذره بین به هم نزدیک می‌شوند. اگر محیط به قدر کافی تاریک باشد، می توانید این پرتوها را روی یک صفحه کاغذ ببینید. اگر کاغذ را در فاصله مناسبی از عدسی بگیرید، آنها تصویری متمرکز می سازند.


 دستگاه‌های نوری دارای عدسی

بیش‌تر دستگاه‌های نوری شامل دو گونه عدسی می‌باشند که یکی را که نور، نخست بر آن می‌تابد و در ورودی دستگاه کار گذاشته می‌شود عدسی شیئی و دومی را که در خروجی دستگاه قرار دارد و نور از آن خارج می‌شود عدسی چشمی گویند. از جمله از این دستگاه‌ها میکروسکوپ نوری، زیر دریایی، میکروسکوپ پلاریزان، دوربین‌های دو چشمی، دوربینها، انواع عینکها و... را می‌توان نام برد.

 عدسی چشم

عدسی چشم، یک عدسی همگرای دوکوژ بزرگ است که از ماده‌ای ژله مانند، انعطاف‌پذیر و شفاف ساخته شده‌است. ضریب شکست عدسی چشم تقریباً ۴۳۷/۱ است.[نیازمند منبع]این عدسی با خم کردن پرتوهای نور، آنها را در پشت چشم متمرکز می سازد. ماهیچه‌های چشم، هنگامی که اجسام دور را می بینیم، عدسی‌ها را می‌کشند و تخت تر (نازکتر) می‌کنندهنگام دیدن اجسام نزدیک هم، عدسی‌ها را ضخیم تر می‌کنند.

 فرمول عدسی‌ها

این فرمول‌ها برای محاسبهٔ فواصل مختلف بکار برده می‌شوند:

1: نسبت یک به روی p بعلاوه نسبت یک به روی q مساوی است با نسبت یک به روی F که در اینجا P فاصله شئ تا عدسی و q فاصله تصویر تا عدسی است و F فاصلهٔ کانونی است در عدسی‌های کوژ یا محدب چون تصویر مجازی است علامت آن منفی و بقیه موارد به جز یک مورد عدسی کاو یا مقعر مثبت است.

2: F = r / 2 یا بر عکس آن r = 2 * F توجه کنید r شعاع عدسی است.

3: فرمول بزرگنمایی خطی آینه m برابر است با نسبت 'A'B به AB و مساوی است با q به روی p M = بزرگنمایی خطی (میزان چند برابر شدن تصویر) AB = طول شئ و 'A'B = طول تصویر

توجه: در همهٔ فرمولها همهٔ واحد با باید از یک نوع باشند مثلآ همهٔ موارد بر حسب سانتی متر باشند.

 

نوشته شده توسط مهدی نصیری

+ نوشته شده در  پنجشنبه پنجم اسفند 1389ساعت 20:22  توسط   | 

پریسکوپ

پریسکوپ

در سال‌های نود قرن نوزدهم اسباب جالبی با نام پرطمطرق دستگاه رنتگن می‌فروختند. بیاد دارم وقتی که هنوز دانش‌آموز بودم و برای نخستین بار این اسباب جالب را به دست گرفتم چقدر به حیرت و تعجب افتادم: بوسیله این لوله می‌توانستی از پشت هر جسم غیر شفاهی به بینی! من نه فقط از پشت یک ورق مقوا، بلکه از پشت تیغه کاردکه اشعهٔ رنتگن واقعی هم از آن عبور نمی‌کنند، هرچه در اطراف بود، می‌دیدم. راز ساختمان ساده این اسباب بازی فوراً برایتان روشن می‌شود. چهار آئینه کوچک که با زاویه ۴۵ درجهٔ کار گذاشته شده‌اند، اشعه را چند بار منعکس می‌کنند و سبب می‌شوند که اشعهٔ به اصطلاح، جسم غیر شفاف را دور بزنند.
در امور جنگی از این‌گونه اسباب‌ها به مقیاس وسیعی استفاده می‌شود. اگر با اسبابی که پریسکوپ نام دارد نگاه کنیم، می‌توانیم در سنگر بنشینیم و بی‌آنکه سر خود را بیرون بیاوریم و خود را زیر آتش دشمن قرار دهیم، عملیات دشمن را تحت نظر بگیریم.
● پریسکوپ پیرابین Perisscope: وسیله‌ای است برای دیدن اشیائی که بالاتر از سطح چشم ناظرند (مثلاً در زیر دریائی) یا طوری قرار دارند که دیدن مستقیم آنها میسر نیست. این وسیله از لولهٔ بلندی تشکیل شده که در هر سر آن یک آینه با یک منشور قائم‌الزاویه متساوی‌الساقین قرار دارد. دستگاه پریسکوپ اسبابی برای دیدن اشیائی که بالای سطح دید چشم ناظر هستند، یا چنان قرار گرفته باشند که چیزی مانع دید مستقیم آنهاست اساساً تشکیل یافته است از یک لوله دراز، که در هر یک از دو سر کلی آن منشوری راستگو شه چنان قرار داده شده است که نور در اثر تابش کلی درونی از روی وجه بزرگتر آنها با زاویه ۹۰c در هر منشور منحرف می‌شود، بنابراین نور از شیئی مورد نظر در راستای موازی با راستای اولیه (تابش از) شیئی ولی پائین‌تر. وارد چشم ناظری می‌شود.

 
نوشته شده توسط سپهر محمودی آذر

 

+ نوشته شده در  سه شنبه بیست و ششم بهمن 1389ساعت 21:6  توسط   | 

آینه ها

دید کلی

ستاره شناسان برای اینکه نور ضعیف ستارگان دور را در تلسکوپها متمرکز کنند، از آینه‌های بزرگی بهره می‌گیرند و به این ترتیب می‌توانند بر صفحه‌های عکاسی تصویر ستارگانی را که با چشم غیر مسلح دیده نمی‌شوند ایجاد کنند. چه نوع آینه‌ای این توانایی تمرکز نور را دارد؟ این آینه‌ها را چگونه می‌توان ایجاد کرد؟

آینه‌های تخت و آینه‌های        

سهموی

با آینه تخت نمی‌توان نور را متمرکز کرد. زیرا نور همواره واگرا می‌شود و به نظر می‌رسد از تصوری مجازی پشت آینه می‌آید. ولی با استفاده از چندین آینه تخت ، می‌توان چندین شعاع باریک ناشی از یک چشمه را در ناحیه کوچکی از فضا باهم قطع داد. برای صراحت ، فرض کنید که چشمه خیلی دور باشد، مثلا یک ستاره و بنابراین شعاعهای نوری که از آن به آینه‌ها می‌رسند تقریبا موازیند.

هر چه چشمه دورتر باشد، زاویه بین شعاعهای نوری کوچکتر است، بطوری که همه شعاعهای نوری که از یک ستاره به زمین می‌رسند، عملا موازیند. در یک نمونه بیست و پنج آینه تخت که با زاویه‌های اندکی متفاوت کج شده‌اند، چنان آرایش یافته‌اند که نور موازی را طوری بازی می‌تابانند که از ناحیه کوچک واحد بگذرد.

این ناحیه را می‌بینیم، زیرا دود موجود در آنجا مقداری از نور شعاعهای متقاطع را پراکنده می‌کند. نواحی دیگر نیز با همان مقدار دود پر شده است، ولی چون شعاعهای نوری در این نواحی کمترند، تاریکتر به نظر می‌آیند. شعاعهای نوری از ناحیه کوچک همپوشانی می‌گذرند و سپس از هم واگرا می‌شوند.



تصویر




افزایش

قدرت    

همکانونی

اگر آینه‌های بیشتر و کوچکتری را بکار گیریم، مثلا هر یک از بیست و پنج آینه خود را به چهار قسمت تقسیم کنیم، می‌توانیم نور بیشتری را متمرکز کنیم. در این صورت هر شعاع نوری فقط یک چهارم سطح مقطع قبلی را خواهد داشت و ما می‌توانیم آنرا در ناحیه کوچکتری متمرکز کنیم. حال می‌توان با تقسیم آینه‌ها ، آنها را باز هم کوچکتر کرد. در این صورت ناحیه همپوشانی باز هم کوچکتر می‌شود. عمل تقسیم آینه‌ها را ادامه می‌دهیم و آنها را تا جایی که ممکن است کوچک می‌کنیم، ولی آنها همان مقدار نور را جدا می‌کنند که بیست و پنج آینه اصلی جدا می‌کردند. آنها همان مقدار نور را بازتاب می‌دهند و همه را به نقطه کوچک واحدی می‌فرستند.

ساخت آینه‌های شلجمی      

(سهموی)

ساختن آینه‌ای که نور باریکه پرتوهای موازی پهن را ، با تقسیم کردن متوالی و میزان کردن ستمگیری آینه‌های تخت ، در نقطه واحدی کانونی کند بطور نظری آسان ، ولی عملا مشکل است. به هر حال روش کار را با متمرکز کردن نور موازی روی یک خط به جای یک نقطه بسادگی می‌توان شرح داد. به آسانی می‌توان فرآیندهای مشابهی را تصور کرد که در فضا صورت می‌گیرند و نقطه واحدی را ایجاد می‌کنند.

وقتی آینه‌های تخت را در فضا به اجزا کوچکتری تقسیم کنیم و دوباره آنها را جهت دهیم، با تقریبا بیشتر و بیشتری آینه‌ای را که سطح خمیده پیوسته‌ای دارد خواهیم داشت. می‌توان تصور کرد که ادامه این فرآیِند بطور نامحدود ، آینه‌ای همواره بدست خواهد داد که نور موازی را کانونی می‌کند. شکل سطح هموار (که سهمیوار دوار یا آینه سهموی نامیده می‌شود) دقیقا با این روش تصویری معین می‌شود.

پارامترهای آینه سهموی

کلمه F که تمام نور بازتابیده در آن همگرا می شود کانون اصلی آینه سهموی است و فاصله‌اش از مرکز آینه ، طول کانونی یا فاصله کانونی نامیده می شود. دانستن فاصله کانونی اهمیت دارد و ما آن را با حرف کوچک f نشان می دهیم. در شکل زیر مقطعی نشان داده شده است که از کانون اصلی می‌گذرد و با راستای نور خروی موازی است. هر پرتوی که ترسیم شده است، مشخص می‌کند که نور چگونه بازتابیده می‌شود.

این پرتوها بنابر کانونهای بازتاب ، در صفحه شکل باقی می‌مانند و زاویه بازتاب هر پرتو مساوی زاویه خروجی است. منحنی نشان داده شده ، که مقطع آینه سهموی با صفحه شکل است، سهمی نامیده می‌شود. سطح آینه سهمیوار دوار نامیده می‌شود، زیرا با دوران سهمی شکل مقابل حول پرتو فرودی که از کانون اصلی F می گذرد بوجود می‌آید. این پرتوی فرودی که از کانون اصلی می‌گذرد و در موقع بازتاب از آن عبور می‌کند، محور دوران سهمیوار نامیده می‌شود.

کاربرد آینه‌های شلجمی         

(سهموی)

دیدیم که تمام نوری که در راستای موازی محور بر آینه سهموی فرد می آِید چنان بازتابیده می‌شود که از کانون اصلی می‌گذرد. چون نور می‌تواند در هر راستای معین در هر یک از دو جهت حرکت کند. با قرار دادن یک چشمه نوری کوچک و قوی در کانون اصلی آینه سهموی می‌توان جای پرتوهای فرودی و بازتابی را باهم عوض کرد. پس نتیجه می‌شود هر نوری که از کانون اصلی شروع شود، پس از بازتاب موازی با محور آینه حرکت خواهد کرد.

نورافکنها و برخی فلاشها بر این اساس ساخته شده‌اند. همچنین لامپ جلو ماشین همینطور عمل می‌کند، یعنی لامپ در کانون آینه شلجمی قرار داده می‌شود و سپس پرتوهای خروجی موازی باهم از آن خارج می‌شوند. تمام نوری که از چشمه با سطح سهموی برخورد می‌کنند در مسیرهای موازی به طرف خارج حرکت می‌کنند و باریکه پر شدتی تشکیل می‌دهد که تا فاصله‌های زیاد در فضا نفوذ می‌کند.
 
 
 
نوشته شده توسط احسان علیزاده
+ نوشته شده در  سه شنبه بیست و یکم دی 1389ساعت 10:11  توسط   | 

میکروسکوپ

میکروسکوپ


آشنائي با ميكروسكوپ و انواع آن

میکروسکوپ چیست ؟

ميكروسكوپ يكي از وسايل آزمايشگاهي اصلي در آزمايشگاه گياه شناسي است . كه در اينجا انواع آن را مورد بحث و بررسي قرار داده و طرز كار با ميكروسكوپ نوري معمولي را به تفصيل ارائه مينمائيم .
ميكروسكوپهاي مختلف داراي بزرگنمائي هاي متفاوتي ميباشند كه عموماً با وجود عدسيهاي گوناگون، تصوير نمونه مورد نظر چند برابر ميشود . اصول كلي در تمامي انواع ميكروسكوپها براساس عبور نور با طول موجهاي متفاوت از چندين عــدسي محدب ميباشد كه هرچقدر طول موج نور بكار رفته در ميكروسكوپ مزبور كوتاهتر باشد قدرت تفكيك و يا جــداكنندگي آن ميكروسكوپ بيشتر است . براي مثال قدرت تفكيك چشم انسان 1/0 ميليمتر ميباشد و ميكروسكوپ نوري معمولي 24/0 ميكرون .
در طول قرن هیجدهم میکروسکوپ در زمره وسایل تفریحی به شمار می‌آمد. با پژوهشهای بیشتر پیشرفتهای قابل توجهی در شیوه ساختن عدسی شئی حاصل شد. بطوری که عدسی‌های دیگر بصورت ذره‌ بینهای معمولی نبودند بلکه خطاهای موجود در آنها که به کجنمایی معروف هستند، دفع شده‌اند و آنها می‌توانستند جرئیات یک شی را دقیقا نشان دهند. پس از آن در طی پنجاه سال، پژوهشگران بسیاری تلاش کردند تا بر کیفیت و مرغوبیت این وسیله بیافزایند. بالاخره ارنست آبه توانست مبنای علمی میزان بزرگنمایی میکروسکوپ را تعریف کند.
بدین ترتیب میزان بزرگنمایی مفید آن بین ۵۰ تا ۲۰۰۰ برابر مشخص شد. البته می‌توان میکروسکوپ‌هایی با بزرگنمایی بیش از ۲۰۰۰ برابر ساخت. مثلاً قدرت عدسی چشمی را بیشتر کرد. اما قدرت تفکیک نور ثابت است و درنتیجه حتی بزرگنمایی بیشتر می‌تواند دو نقطه از یک شی را بهتر تفکیک کند. هر چه بزرگنمایی شی افزایش یابد به میزان پیچیدگی آن افزوده می‌شود. بزرگنمایی شی در میکروسکوپهای تحقیقاتی جدید معمولاً ۳X، ۶X، ۱۰X، ۱۲X، ۴۰X و ۱۰۰X است. در نتیجه بزرگنمایی در این میکروسکوپ بین ۱۸ تا ۱۵۰۰ برابر است. چون بزرگنمایی میکروسکوپ نوری بدلیل وجود محدودیت پراش از محدوده معینی تجاوز نمی‌کند برای بررسی بسیاری از پدیده‌هایی که احتیاج به بزرگنمایی خیلی بیشتر دارند مفید است. تحقیقات بسیاری صورت گرفت تا وسیله دقیق تری با بزرگنمایی بیشتر ساخته شود. نتیجه این پژوهشها منجر به ساختن میکروسکوپ الکترونی شد.

انواع میکروسکوپ از نظر نوع آشکارساز

میکروسکوپ‌های الکترونی
میکروسکوپ الکترونی روبشی
میکروسکوپ الکترونی عبوری
میکروسکوپ نوری
میکروسکوپ نوری عبوری
میکروسکوپ نوری بازتابی
میکروسکوپ‌های پراب پویشی
میکروسکوپ نیروی جانبی
میکروسکوپ نیروی اتمی
میکروسکوپ نیروی مغناطیسی
میکروسکوپ تونلی پویشی
میکروسکوپ میدان نزدیک نوری
میکروسکوپ ولتاژ پویشی
انواع ميكروسكوپ به طور کلی به سه دسته زیر تقسیم می شوند :
1. ميكروسكوپ پلاريزان:
كاربرد آن در زمين شناسي است و براي مطالعه خواص نوري بلورها، شناسايي كاني ها ،مطالعه پترولوژي و پتروگرافي سنگ هاي آذرين ،دگرگوني و رسوبي از آن استفاده مي شود
2. ميكروسكوپ پيناكولار:
دوچشمي هستند و فقط اجسام را بزرگ مي كنند در زمين شناسي در قسمت فسيل شناسي كاربرد بيشتري دارد.
3. ميكروسكوپ انعكاسي:
براي شناسايي كاني هاي فلزي مورد استفاده قرار مي كيرند چون آن ها نور را از خودشان عبور نمي دهند .و براي مطالعه شكل و اندازه آنها بررسي مراحل كاني سازي ،وضعيت و رابطه نسبي كاني ها به يكديگر.

انواع میکروسکوپ آشکارساز
میکروسکوپ نوری

با توجه به گسترش روز افزون میکروسکوپها در شاخه‌های مختلف علوم پزشکی و صنعت هر روزه شاهد پیشرفتهای مختلف در صنعت میکروسکوپها می‌باشیم. این پیشرفتها شامل پیشرفت سیستم روزی طراحی اجزای مکانیکی ، پایداری استحکام و راحتی در استفاده از آنها می‌باشد. میکروسکوپهای نوری معمولی که در تحقیقات بیولوژیکی و پزشکی بکار می‌روند دو دسته می‌باشند. یک دسته دارای چشمه نوری مجزا از میکروسکوپ می‌باشند و دسته دوم میکروسکوپهایی می‌باشند که دارای چشمه نوری تعبیه شده در میکروسکوپ می‌باشند. میکروسکوپهای معمولی مدرن مورد استفاده از نوع دوم می‌باشد و تقریبا ساخت و استفاده نوع اول منسوخ شده است.

اجزای اصلی میکروسکوپ نوری

پایه
یک قطعه شامل یک بخش پایین به صورتهای مختلف و گاهی بصورت نعل اسبی می‌باشد که بر روی میز محل مطالعه قرار می‌گیرد. پایه دارای ستون می‌باشد که اجزا مختلف به آن متصل می‌شود، وزن پایه نسبتا زیاد است و اجزائی که بر روی پایه سوارند عبارتند از: چشمه نور و حرکت دهنده لوله میکروسکوپ.
لوله
میکروسکوپهای مختلف تک چشمی (monocular) و یا دو چشمی (binocular) می‌باشند، وقتی به مدت طولانی می‌خواهیم از میکروسکوپ استفاده کنیم دو چشمی بهتر است، چون مانع خستگی چشم می‌باشد. لوله شامل دو گروه عدسی به نامهای چشمی و شیئی است.
عدسیهای شیئی
در میکروسکوپهای معمولی چهار عدسی شیئی بر روی صفحه چرخان نصب شده که ویژگیهای این عدسیها بصورت زیرا است:
عدسی شیئی آکروماتیک X10 (16 میلیمتری با N.A = 0.3)
عدسی شیئی آکروماتیک X40 (4 میلیمتری با N.A = 0.65)
عدسی فلورئیت X45 (35 میلیمتری)
عدسی آکروماتیک X90 (2 میلیمتری و N.A = 1.2)
دو عدسی اول در حالت خشک و دو عدسی بعدی در حالت ایمرسیون روغنی مورد استفاده قرار می‌گیرند. وظیفه عدسی شئی تهیه تصویر بزرگ شده از شیئی مورد نظر است عدسیهای شیئی وقتی به صورت خشک بکار می‌روند، دارای N.A زیاد نمی‌باشند و لذا مدت تفکیک آنها است. استفاده از روش ایمرسیون روغنی می‌تواند موجب افزایش N.A و افزایش روزلوشن شود. عدسیهای شیئی معمولا بصورت عدسیهای مرکب می‌باشند. کیفیت در عدسیهای شیئی وابسته به شدت روشنایی تصویر می‌توان تفکیک می‌باشد.
عدسیهای چشمی
وظایفی که چشمی بر عهده دارند عبارتند از: بزرگ سازی تصویر معکوس حاصله از عدسی شیئی ، تشکیل تصویر مجازی از تصویر حاصله بوسیله عدسی شیئی ، اندازه گیری و سنجش اجزا واقع در تصویر. چشمیها دارای انواع مختلفی می‌باشند که دو نوع معروف و معمول آنها عبارتند از چشمی هویگنس (Huygenian) و چشمی رامزدن (Ramsden). چشمی هویگنس متشکل از دو عدسی سطح محدب می‌باشد که یک طرف هر کدام مسطح و یکطرف محدب می‌باشد.
در نوع هویگنس سطح محدب هر دو عدسی بطرف پایین می‌باشد و بین این دو عدسی دیافراگم قرار گرفته ، دیافراگم در محل کانون عدسی بالای عدسی چشمی واقع است. عدسی پایین پرتوهای رسیده از عدسی شی را جمع آوری نموده و در محل دیافراگم یا در نزدیکی آن متمرکز می‌نماید. عدسی چشمی این تصویر را بزرگ نموده و البته بصورت یک تصویر مجازی بزرگ شده به چشم فرد مشاهده‌گر منتقل می‌کند.
کار دیافراگم کاهش خیره کننده‌گی نور رسیده به چشم بیننده است.چشمیهای هویگنس به چشمیهای منفی معروفند و دارای بزرگنمایی 10 و 5 می‌باشند. چشمی هویگنس دارای قیمت نسبتا ارزان و کارایی مناسب می‌باشد، اشکال عمده آن محدود بودن میدان دید و عدم تامین راحتی کافی برای چشم است. چشمیهای رامزدن به چشمیهای مثبت معروفند، این چشمیها با دقت خوبی انحرافات عدسیهای آپکروماتیک را تصحیح می‌نمایند.
سیستم روشنایی
میکروسکوپها دارای محدودیتهای متعددی می‌باشند و لیکن در عمل اغلب روشنایی میکروسکوپ موجب محدودیت اصلی می‌شود. بنابراین تلاشهای زیادی در تهیه روشنایی و روش تهیه روشنایی مناسب برای میکروسکوپها گردیده است. پس تهیه نور مناسب می‌تواند نقش اساسی در وضوح تصویر داشته باشد. روشنی محیط نمی‌تواند برای تهیه تصویر مناسب و کافی باشد، لذا در تهیه روشنایی حتما باید از لامپها و چشمه‌های مصنوعی نوری استفاده می‌شود. لامپهای مورد استفاده در میکروسکوپها عبارتند از:
• لامپ هالوژن: این لامپ نور سفید ایجاد می‌کند و متشکل از یک رشته تنگستن در گاز هالوژن می‌باشد. حاصلضرب شدت نور حاصله در طول عمر این لامپ تقریبا ثابت است. از لحاظ قیمت در مقایسه با لامپ جیوه و گزنون ارزانتر می‌باشد و برای کارهای فتومیکروگرافی مفید است.
• لامپ تنگستن: این لامپها در میکروسکوپهای ارزان قیمت و آموزشی بکار می‌روند.
• لامپ گزنون: این نوع لامپ یک لامپ تخلیه الکتریکی است. این لامپها دارای پایداری بیشتری نسبت به لامپهای جیوه‌ای می‌باشند.
• لامپ جیوه‌ای: این لامپ همانند لامپ گزنون از طریق تخلیه الکتریکی ایجاد نور می‌نماید. لامپ جیوه‌ای حاوی مقدار کمی جیوه است که در اثر یونیزه شدن هوای داخل لامپ ، یونهای تولید شده موجب تبخیر و یونیزه شدن جیوه‌ها می‌شوند.
کندانسور
وظیفه کندانسور متمرکز سازی نور بر روی نمونه می‌باشد. کندانسور در زیر Stage که محل قرار‌‌‌گیری نمونه است واقع می‌شود.
• کندانسور آبه: این نوع کندانسور عموما در میکروسکوپهای معمولی بکار می‌روند. در این نوع کندانسورها دو عدسی بکار رفته است و دارای قیمت ارزان می‌باشند. این کندانسورها با عدسیهای شیئی و آکرومات CF با بزرگنمایی 4x تا 100x برای مشاهدات عمومی و کاربردهای تشخص مفید می‌باشند.
• کندانسور با عدسی متحرک: این کندانسور برای فتومیکروگرافی همراه با عدسی‌های شیئی و پلن آکرومات از نوع CF مفید می‌باشند.
• کندانسور آکرومات: این گروه کندانسور در مشاهدات و فتومیکروگرافی مورد استفاده قرار می‌گیرد این نوع کندانسور با عدسیهای شیئی 4x تا 100x می‌تواند بکار رود.
• کندانسور آکرومات - آپلانت: این نوع کندانسور را پایه همراه با عدسی های شیئی آپوکرومات بکار برد این کندانسور ها برای فتومیکروگرافی جهت تصویرگیری از اجزا بسیار ریز بسیار مفید می باشد.
• کندانسور جهت عدسیهای شیئی با توان کم ، که این نوع کندانسور معمولا در بزرگنماییهای بسیار پایین مثل عدسی شیئی با بزرگنمایی 4x تا 460x مفید هستند.

چگونگی تشکیل و مشاهده تصویر

نور به صورت موج سینوسی پیوسته انتشار نمی‌یابد و لیکن می‌توان تصور کرد که یک فوتون همچون یک بار ولی با سرعت 300000 کیلومتر در ثانیه حرکت می‌کند. و چون این ذرات بطور پی‌در‌پی در حال تعقیب یکدیگرند، لذا در عمل راهی جز نمایش آنها به صورت یک موج پیوسته نیست. فوتونهای نوری می‌توانند دارای طول موجهای متفاوتی باشند، رنگ نور بوسیله طول موج آن تعیین می‌شود. مخلوط نورهای مختلف موجب تحریک شبکیه چشم می‌شود که انسان احساس رنگ سفید می‌نماید.
اکثرا اشیایی که توسط میکروسکوپ مشاهده می‌شوند نسبت به نور شفاف می‌باشند و اجزای آنها تنها وقتی قابل مشاهده می‌باشند که این اجزا نسبت به زمینه دارای کنتراست (کنتراست در شدت و یا رنگ) باشند. وقتی که نور سفید به یک جسم قرمز بتابد، تمامی طول موجهای موجود در نور سفید بجز نور قرمز در آن جذب می‌شود. بنابراین یک جسم با ناحیه قرمز را در یک زمینه سفید بخاطر آنکه دارای کنتراست رنگی می‌باشد می‌توان دید.
عدسی شیئی در میکروسکوپ که یک عدسی همگرا با فاصله کانونی کوچک است، تصویر حقیقی و وارونه و بزرگتر از شیئ را تشکیل می‌دهد. برای این منظور شیئ باید بین کانون عدسی شیئی و قرار گیرد، توان عدسی شیئی بزرگتر از توان عدسی چشمی است و تصویر اول را بزرگتر می‌کند (عدسی چشمی مثل ذره بین عمل می‌کند) و تصویر حاصل از عدسی شیئی باید در فاصله کانونی عدسی چشمی باشد. از این شیئ ، تصویر مجازی نهایی تشکیل می‌شود که بزرگتر است.

میکروسکوپ الکترونی (Electron Microscopy)

میکروسکوپ الکترونی نوعی میکروسکوپ مرکب است. اولین میکروسکوپ مرکب ، احتمالا در سالهای 1600 میلادی توسط دو نفر هلندی به نام هانس و زاکاریاس جنس ساخته شد. درسال 1873 ارنست آبه ثابت کرد که برای تشخیص دقیق دو ذره نزدیک به هم ، طول موج نور نباید بیشتر از دو برابر فاصله دو ذره از یکدیگر باشد. بالاخره درسال 1939 اولین میکروسکوپ الکترونی ساخته شد.

سیر تحولی و رشد

میکروسکوپهای اولیه که میکروسکوپ ساده نام داشت، شامل فقط یک عدسی بودند اما میکروسکوپ الکترونی ، که میکروسکوپ مرکب است از ترکیب حداقل دو عدسی بوجود آمده است. در طول قرن هیجدهم میکروسکوپ در زمره وسایل تفریحی به شمار می‌آمد. با پژوهشهای بیشتر پیشرفتهای قابل توجهی در شیوه ساختن عدسی شئی حاصل شد. بطوری که عدسیهای دیگر یصورت ذره‌ بینهای معمولی نبودند بلکه خطاهای موجود در آنها که به کنجهایی معروف هستند، دفع شده‌اند و آنها می‌توانستند جرئیات یک شی را دقیقا نشان دهند. پس از آن در طی پنجاه سال ، پژوهشگران بسیاری تلاش کردند تا بر کیفیت و مرغوبیت این وسیله بیافزایند. بالاخره ارنست آبه توانست مبنای علمی میزان بزرگنمایی میکروسکوپ را تعریف کند.
بدین ترتیب میزان بزرگنمایی مفید آن بین 50 تا 2000 برابر مشخص شد. البته می‌توان میکروسکوپ‌هایی با بزرگنمایی بیش از 2000 برابر ساخت. مثلا قدرت عدسی چشمی را بیشتر کرد. اما قدرت تفکیک نور ثابت است و درنتیجه حتی بزرگنمایی بیشتر می‌تواند دو نقطه از یک شی را بهتر تفکیک کند. هر چه بزرگنمایی شی افزایش یابد به میزان پیچیدگی آن افزوده می‌شود. بزرگنمایی شی در میکروسکوپهای تحقیقاتی جدید معمولا 3X ، 6X ، 10X ، 12X ، 40X و 100X است. در نتیجه بزرگنمایی در این میکروسکوپ بین 18 تا 1500 برابر است. چون بزرگنمایی میکروسکوپ نوری از محدوده معینی تجاوز نمی‌کند برای بررسی بسیاری از پدیده‌هایی که احتیاج به بزرگنمایی خیلی بیشتر دارند مفید است. تحقیقات بسیاری صورت گرفت تا وسیله دقیق تری با بزرگنمایی بیشتر ساخته شود. نتیجه این پژوهشها منجر به ساختن میکروسکوپ الکترونی شد.

مکانیزم

میکروسکوپ مرکب از یک لوله تشکیل شده که در دو انتهای آن دو عدسی شئی نزدیک به شی مورد مطالعه و عدسی چشمی قرار دارد. تصویری که توسط عدسی شئی بوجود می‌آید، بوسیله عدسی چشمی بزرگتر می‌شود. به این جهت بزرگنمایی آن بیش از قدرت یک عدسی است. در میکروسکوپهای پیشرفته ، دستگاه نوری پیچیده تر است. بدین ترتیب که در آنها علاوه بر لامپ ، یک کندانسور (مجموعه عدسیهای متمرکز کننده نور) و یک دیافراگم که شدت نور را کنترل می‌کند، قرار داده شده است. لامپی که در این نوع میکروسکوپها مورد استفاده قرار می‌گیرد، با ولتاژ کم کار می‌کند. لامپهای فراوانی برای این منظور وجود دارند که هرکدام نوری با شدت و طول موج مورد نظر تامین می‌کنند. بنابراین برای تفکیک دو نقطه نزدیکتر از 2500 آنگستروم باید از میکروسکوپ الکترونی استفاده کرد.
زیرا طول موج الکترون از طول موج نور کمتر است. اولین میکروسکوپ الکترونی که ساخته شد، درست مانند میکروسکوپ نوری که شعاع نور را از داخل نمونه مورد مطالعه عبور می‌دهد، شعاع الکترون را از داخل مقطع بسیار نازکی عبور می‌دهد. چون تراکم مواد در تمام قسمتهای نمونه مورد مطالعه یکسان نیست، میزان الکترونی که از قسمتهای مختلف عبور می‌کند متفاوت است. درنتیجه تصویری از قسمتهای تاریک و روشن آن بدست می‌آید. میکروسکوپ الکترونی دارای یک قسمت لوله‌ای شکل است که الکترون می‌تواند آزادانه از آن عبور کند. در قسمت بالای لوله یک قطب منفی الکتریکی به شکل رشته سیم نازک وجود دارد که جنس آن از تنگستن است. این قسمت آنقدر حرارت داده می‌شود تا بتواند از خود الکترون آزاد کند.
این عمل با ایجاد اختلاف پتانسیل از 20000 تا 100000 ولت بین کاتد و آند صورت می‌گیرد. در نتیجه یک شعاع الکترونی بسوی پایین قسمت لوله‌ای شکل شتاب داده می‌شود. به این سیستم تفنگ الکترونی می‌گویند. در طول لوله عدسیهایی همگرا اندازه و روشنایی شعاع الکترونی را قبل از برخورد با نمونه مورد مطالعه کنترل می‌کنند. مقطع مورد بررسی روی یک صفحه مشبک دایره شکلی قرار داده می‌شود. شعاع الکترونی پس از عبور از مقطع و قبل از این که به حد بزرگنمایی نهایی برسد، از میان عدسیهایی شئی عبور کرده و تنظیم می‌شود. سپس توسط عدسیهایی بر روی صفحه زیر میکروسکوپ منعکس می‌شود. چگالی بزرگنمایی بیشتر میکروسکوپها از 50 تا 800000 برابر است. صفحه زیر میکروسکوپ از مواد فسفردار (فسفید روی) پوشانیده شده که در مقابل پرتو الکترون از خود نور تولید می‌کند. در زیر این صفحه یک دوربین عکاسی قرار دارد که از تصویر روی صحنه عکس می‌گیرد.
اطلاعاتی که میکروسکوپ الکترونی ارائه می‌دهد.
• توپوگرافی شی (نقشه برداری): در این کار با آشکار کردن مشخصات سطح و بافت داخلی شی ، می‌توان به خواصی مانند سفتی و میزان ارتجاعی بودن آن پی برد.
• مورفولوژی (زیست شناسی): به دلیل اینکه در این رویت شکل و سایر ذرات مشخص است، می‌توان به نیروی استحکام پی برد.
• ترکیب: این میکروسکوپ می‌تواند عناصر سازنده شی را مشخص نماید. بنابراین می‌توان به خواصی مانند نقطه ذوب ، اکتیویته شی دست یافت.
• بلور شناسی: میکروسکوپ الکترونی چگونگی چیده شدن اتم را در مجاورت یکدیگر نشان می‌دهد. به این ترتیب می‌توان آنها را از نظر رسانایی و خواص الکتریکی بررسی نمود.
• میکروسکوپ فلورسانت (fluorescent microscope)
• انواع خاصی از میکروسکوپ نوری که منبع نور آن پرتوهای فرابنفش است.برای مشاهده نمونه زیر این میکروسکوپ ها بخش ها یا ملکول های ویژه داخل سلول با مواد فلورسانت یا نورافشان رنگ آمیزی می شوند. زمانی هدف تشخیص پروتئین های خاص یا جایگاه آنها در سلول باشد، روش های معمولی رنگ آمیزیکه پروتئین ها را به طور عام رنگ می کنند قابل استفاده نیست.برای رنگ آمیزی اختصاصی، معمولا از پادتن های اختصاصی متصل به مواد فلورسانت استفاده می شود.مواد فلورسانت نور را در طول موج فرابنفش جذب می کنند و در طول موج بلندتری در طیف مرئی تابش می کنند. تصویری که دیده می شود حاصل نور تابش شده از نمونه است. رودامین و فلورسئین دو نوع از رنگ های معمول فلورسانت هستند که به ترتیب نور قرمز و سبز از خود تابش می کنند.
• میکروسکوپ اختلاف فاز (phase contrast microscope)
• مزیت میکروسکوپ اختلاف فاز در این است که می توانیم با آن سلول های زنده را با جزئیات بیشتر مشاهده کنیم.تیمارهایی مثل تثبیت نمونه می توانند دگرگونی هایی در ساختار درونی سلول بوجود آورند. بنابراین مطاله سلوله های زنده که هیچ تیماری ندیده اند خیلی مطلوب است. می توان فرایند هایی مثل تقسیم میتوز(mitosis) در سلول های زنده را نیز با این میکروسکوپ ها مطالعه کرد. در برخی موارد برای عکس برداری پیوسته و دراز مدت از سلول فعال ، دوربینی به میکروسکوپ وصل می شود.مطالعه سلولهای زنده با میکروسکوپ تداخلی(interference microscope) و میکروسکوپ زمینه سیاه(dark field microscope) نیز مقدور است. سیسم های نوری خاصی در تمام این نوع میکروسکوپ ها وجود دارد که به علت ویژگی آنها تباین کافی بین اجزای سلول ایجاد و مشاهده ی سلول های زنده مقدور می شود. استفاده از میکروسکوپ زمینه سیاه برای مشاهده ی حرکت باکتری معمول است، که در این مورد ایجاد تباین بین سلول باکتری زنده و محیط اطرافش مهم است.
• میکروسکوپ الکترونی نگاره (scanning electron microscope) نوع ساده تر میکروسکوپ الکترونی است برای بررسی نمونه با این میکروسکوپ ، نمونه با لایه ای نازک از فلز سنگین به صورت یکنواخت پوشیده شود. الکترون های تابیده شده به سطح نمونه از هیچ ناحیه ای از آن عبور نمی کنند، بلکه در برخورد با سطح نمونه باعث تولید الکترون های بازتابیده می شوند. این الکترون ها تشخیص داده شده و تصویری سه بعدی از سطح نمونه حاصل می گردد. قدرت جداسازی میکروسکوپ الکترونی نگاره حدود nm10 است.
• میکروسکوپ STM و میکروسکوپ پرتو X
• STM حروف اول Scanning Tunneling Microscope است این نوع میکروسکوپ در دهه 1970 اختراع شد و مخترعان آن در سال 1981 جایزه نوبل را دریافت کردند.همانطور که گفته شد طول موج محدودیتی برای میزان R تعیین می کند. نوآوری STM در این است که در آن امواج نوری یا امواج نوع دیگر به کار گرفته نمی شودو هیچ نوع عدسی در آن وجود ندارد.بیان دقیق نحوه کار این میکروسکوپ خارج از توان این مطلب است ولی به طور خلاصه سوندی که نوک آن به اندازه یک اتم است، ویژگی های نمونه را در ابعاد اتمی روبش می کند. STM ساختار سطحی نمونه را بررسی می کند.اما میکروسکوپ مشابه دیگر ویژگی های الکتریکی ، مغناطیسی و یا دمای نمونه را تعیین می کنند. در حال حاضر این میکروسکوپ ها برای نمونه های زیستی و بیشتر برای نمونه های غیر زیستی مورد استفاده قرار می گیرند.
• میکروسکوپ پرتو X نوع دیگری از میکروسکوپ های نوین است که کاربرد بیشتری برای نمونه های زیستی دارد. قدرت جداسازی آن چند صد آنگسترم و ضعیفتر از میکروسکوپ الکترونی است ، اما سلول های زنده با آن قابل بررسی هستند.

ميكروسكوپ ماوراء بنفش ( Ultra Violet Microscope )

ميكروسكوپ ماوراء بنفش يا ميكروسكوپ U.V. كه منبع تغذيه نور ، اشعه U.V. ميباشد. نسبت به ميكروسكوپ نوري معمولي قدرت تفكيك بالاتري داشته چراكه اشعه ماوراء بنفش طول موج كوتاهتري نسبت به نور مرئي دارد . عدسي شيئي بكار رفته در اين ميكروسكوپ از جنس كوارتز ميباشد. بدليل مضر بودن اشعه ماوراء بنفش براي چشم انسان، از تصوير شيء عكسبرداري شده و سپس بر روي صفحه مانيتور قابل مشاهده است ( قدرت تفكيك 600 آنگستروم ).

ميكروسكوپ زمينه سياه ( Dark Field Microscope )

منبع تغذيه نور در اين نوع ميكروسكوپ نور مرئي ميباشد و با ايجاد انكسار نور توسط آئينه هاي محدب و مقعر شيء يا نمونه مورد بررسي، شفاف و نوراني در زمينه سياه ديده ميشود.

اجزاي ميكروسكوپ نوري

1- اجزاي نوري : اجزاي نوري عمدتاً مشتمل بر منبع تغذيه نور و قطعات مرتبط با آن ميباشد ، از قبيل لامپ با ولتاژ 20 وات ، فيلتر تصحيح نور و كندانسور كه كندانسور مشمل بر پنج قطعه است كه نور را تصحيح كرده و بر روي نمونه يا شيء مورد بررسي متمركز ميكند:
1 – فيلتر رنگي ( تصحيح نور ) 2 – ديافراگم كه حجم نور را تنظيم ميكند
3 – دو عدد عدسي محدب 4 – پيچ نگهدارنده كندانسور 5 - پيچ تنظيم ديافراگم

اجزاي مكانيكي :

1 – پايه ( Base ) : كليه قطعات ميكروسكوپ بر روي پايه مستقر ميباشد . در برخي از مدلهاي ميكروسكوپ نوري منبع نور ، فيوز و كابل برق در پايه تعبيه ميگردد .
2 – دسته ( Handle ) : جهت حمل و نقل ميكروسكوپ از دسته استفاده ميشود . نكته قابل توجه آنكه به هنگام جابجايي ميكروسكوپ آن را روي ميز كار نمي كشيم .
3 – لوله ميكروسكوپ ( Barrel ): مشتمل بر عدسي شيئي ( Ocular lens ) و عدسي چشمي (Objective lens) كه با بزرگنــمائي هاي مختلف طراحي مي شوند. عــدسي شيـئي داراي بزرگنمائي هاي X4 ، X10 ،X40 ، X60 و X100 و عدسي چشمي داراي بزرگنمائي هاي X10 ، X15 ، X18 ميباشد كه بسته به نوع ميكروسكوپ متفاوت است. عدسي شيئي معمولاً از چندين عدسي محدب كه در آن تعبيه شده است تشكيل ميگردد.
4 - صفحه گردان يا متحرك ( Revolver ) : عدسيهاي شيئي بر روي اين صفحه قرار ميگيرند و با چرخاندن آن موقعيت عدسيهاي شيئي تغيير ميكند.
5 - پيچ حركات تند ( Macrometrique ) : اين پيچ بر روي دسته تعبيه شده است و باعث ميگردد كه صفحه پلاتين با سرعت بيشتري در جهت عمودي جابجا شود.
6 – پيچ حركات كند ( Micrometrique ) : اين پيچ بر روي پيچ حركات تند قرار داد و صفحه پلاتين را در جهت عمودي و درحد ميكرون جابجا ميكند .
7 – صفحه پلاتين ( Platine plate ) : صفحه اي است كه نمونه مورد نظر روي آن قرار ميگيرد و در جهت طول و عرض داراي دو خط كش مدرج ميباشد كه جهت ثبت و يادداشت مكان يك نمونه خاص بكار ميرود .
8 – پيچ طول و عرض : اين پيچ زير صفحه پلاتين قرار دارد كه آن را در جهت طول و عرض جابجا ميكند .
بزرگنمائي يك ميكروسكوپ حاصل ضرب بزرگنمائي عدسي شيئي در بزرگنمائي عدسي چشمي ميباشد .
 
رابرت هوک
 

زندگی

رابرت هوک در خانواده‌ای روحانی در دهکده «فرش واتر» در ساحل جنوبی انگلستان و در سال ۱۶۳۵ چشم به جهان گشود. کودکی ضعیف و نحیف بود که از سوء تغذیه رنج می‌برد. پس از مرگ پدر، راهی لندن و در مدرسه وست منچستر مشغول به تحصیل شد.

فعالیت علمی

در سن ۱۸ سال وارد دانشگاه آکسفورد شد و به زودی استعداد خود را در زمینه مکانیک به جامعه علمی آن زمان از جمله تامس ویلیس و رابرت بویل ثابت کرد. در هنگامی که بویل بر روی قانون مشهور خود کار می‌کرد، هوک به عنوان دستیار با او همکاری داشت. پس از بازگشت سلطنت چارلز دوم محفل علمی غیر رسمی آکسفورد هسته انجمن سلطنتی جدید را تشکیل داد، در سال ۱۶۶۲ هوک متصدی آزمایش‌های آن گردید. او در این سال‌ها به فعالیت بر روی تلسکوپ‌ها ودیگر ابزار نجومی و ساعت‌ها مشغول بود و توانست اصلاحات فراوانی در این زمینه ایجاد کند.

هوک و زیست‌شناسی

هوک به وسیله میکروسکوپ ساخته خود موفق به شناخت واحد بنیادی ارگانسیم زنده شد و آن را سلول نامید. در سال ۱۶۶۵ در اثری با نام «میکرو گرافیا» به توصیف یافته‌های خود پرداخت که یکی از شاهکارهای علمی قرن ۱۷ محسوب می‌شود.

 

مطالعات فیزیکی

وی با بررسی حرکت سیارات به دور خورشید، برای نیروی گرانشی قانون عکس مجذور فاصله را پیشنهاد کرد که بعدها مورد استفاده ایزاک نیوتن قرار گرفت.

هوک هم‌چنین با مطالعه رفتار کشسان فنرها، موفق به کشف قانون هوک شد که بیان می‌دارد مقدار کشیده شدن یک جسم کشسان، با نیروی وارد آمده بر آن، نسبت مستقیم دارد.

او در زمینه ساخت و پیشرفت ابزار نقش ویژه‌ای دارد. مطالعات وی موجب پیشرفت ساعت‌سازی و میکروسکوپ‌سازی شد و هم‌چنین پاندول ساعت، دستگاه سنجش انکسار نور در مایعات، فشارسنج (هواسنج و غلظت سنج الکلی)، رطوبت سنج را نیز اختراع کرد.

مطالعات در زمینه شیمی

هوک به بررسی تفاوت فلزات و نمک‌ها پرداخت و در کتابی خاصیت موئینگی و صعود مایعات در لوله‌ها را توضیح داد.

زمین‌شناسی

هوک زمین شناس ارزنده‌ای بود و درباره منشاء سنگواره‌ها مطالعاتی داشت. وی در معماری نیز صاحب نظر بود و پس از آتش سوزی بزرگ شهر لندن نقشه شهر را طرح کرد که بعداٌ از روی آن شهر نیویورک را بنا کردند. او در این کار مامور شد که به عنوان زمین‌سنج با کریستوفر رن در تنظیم نقشه بازسازی لندن همکاری کند.
 
تاریخچه میکروسکوپ
 

دید کلی

انسان از ابتدای تاریخ ، روشهای بزرگ نشان دادن اشیا را برای دریافت اطلاعات بیشتر درباره آنها مورد بررسی قرار داد، اما در این راه پیشرفت زیادی نداشت. تا اینکه بعضی از شیشه های دوربین را کشف کرد و به مدد آنها توانست اشیا کوچک را بزرگ کند و به مطالعه آنها بپردازد. متجاوز از دو هزار سال قبل رومیها دریافتند که شیشه مدور می تواند اشعه خورشید را در یک نقطه متمرکز سازد. اما تا سال 1500 میلادی ، که مردم از قدرت بزرگنمایی دوربین آگاه شدند و آن را برای مطالعه گیاهان و حیوانات بکار بردند، از این پدیده استفاده نشد.

مخترعین اولیه

در اوایل قرن هفدهم ، چندین نفر از دانشمندان میکروسکوپ‌های ساده‌ای ساختند. اما این میکروسکوپ ها دقیق نبودند و از لحاظ اندازه ، شکل مطلوبی نداشتند. در این ایام سه تن به نامهای «آنتون فن» ، «لیونهاک» و «هابر جانسن» سازنده عینک در استفاده از میکروسکوپ پیشقدم شدند.

لیونهاک یکی از اولین مخترعینی بود که مشاهدات خود را در زیر میکروسکوپ ثبت کرد و یادداشتهای دقیقی تهیه نمود. او حیوانات ریز و کوچک
استخر را برای مطالعه زیر میکروسکوپ قرار می داد. در موزه میلدبرگ در هلند یکی از میکروسکوپ های اولیه نگاهداری می شود که احتمالا بوسیله این دانشمندان ساخته شده است.

ساختمان و معایب میکروسکوپ های اولیه

·         میکروسکوپ های اولیه از لحاظ ساختمان کاملا ساده بودند و از دو عدسی و دو لوله متحرک تشکیل می شدند. برای درشت کردن شی و تنظیم میکروسکوپ ساده ، لوله ها را به داخل و خارج حرکت می دادند و فقط اشیا غیر شفاف می توانست در این میکروسکوپ ها آزمایش شود.

·         در اواخر سال 1600 یک صنعتگر ایتالیایی به نام «کام پانی» ، میکروسکوپی برای مشاهده نمونه های شفاف ساخت. تصویر میکروسکوپ های اولیه واضح نبود ، استفاده از روغن چراغ برای روشن نمودن و نشان دادن نمونه های آزمایش نیز وضع را بدتر می کرد.

·         در انگلستان «رابرت هوک» ، دانشمند معروف کوشش کرد عدسیهای بهتری بسازد. اما محصول کار او ناامید کننده بود. در این زمان مشاهدات ریز میکروسکوپ از لحاظ علمی حائز اهمیت گردید. زیرا عامل بیماری به قدری ریز است که با چشم غیر مسلح نمی توان آن را دید.

سیر تحولی میکروسکوپ

در سال 1700 ، «جان مارشال» و دیگر سازندگان میکروسکوپ ، پیشرفت زیادی را در طرح های مکانیکی بوجود آوردند، اما در فرمهای عدسی پیشرفت کمی حاصل شد. به هر حال در سال 1800، دستگاههای چشمی تا حد زیادی پیشرفت یافتند. در این حال بالاترین مقام در علم میکروسکوپی حادث گردید. سازندگان عدسی ها قبل از سال 1800 نمی توانستند لنزهایی بسازند که نور را منکسر کنند و رنگها را تجزیه نمایند. این پدیده معروف به انحراف کروماتیک گردید. در این دستگاه همیشه رنگ و تصویر ، تار نشان داده می شد و اگر یک رنگ در کانون بود ، رنگهای دیگر وجود نداشتند.


یک حقوقدان انگلیسی به نام «چستر مور» ، عدسیهای کاملی در اوایل قرن نوزدهم تولید نمود، ولی تا سال 1830، که عدسی های کامل و بهتر میکروسکوپی معروف به لنزهای کروماتیک ساخته شدند ، از این عدسی استفاده نگردید. نقص دیگر این عدسیها ،
انحراف دورانی بود که تصویر را تار می ساخت. در سال 1886 «ارنست آبه» ، به کمک «کارل زیز» در آلمان ، عدسی هایی به نام ایوکروماتیک ساختند که این نقص را مرتفع می کرد. لذا از اوایل سال ،1800 میکروسکوپ به صورت دستگاههای ریزبین امروزی درآمد، اما می بایست تغییراتی در این دستگاه بوجود آید تا شی مورد آزمایش به وضوح دیده شود.

پیشرفتهای میکروسکوپ

·         در سال 1893 «آگوست کوهلر» ، دستگاه نورافکن را اختراع کرد که امروزه هنوز از آن استفاده می شود. در سال 1900 میکروسکوپ اساسا کمی تغییر کرد. لوله های میکروسکوپ را با پیچ کردن دستگاه ، برای اندازه بزرگنمایی شی تنظیم کردند.

·         پیشرفت مهم دیگری که در میکروسکوپ حاصل گردید، این بود که توانستند آن را روی پایه ای نصب کنند تا کاملا بتوانند صفحه زیر آن را با شی بزرگ شده ببینند. مزیت این دستگاه در آن است که می توان صفحه دید را به طور مداوم در حالت افقی دید.

·         در سال 1935 «فریتز زرینگ» ، میکروسکوپی ساخت که می توانست نمونه تاریک و نامشخص شی مورد آزمایش را با آن مشاهده کند.

·         آخرین پیشرفت میکروسکوپ مربوط است به تهیه دستگاه تنویر و جعبه میکروسکوپ که می توان آن را کنترل نموده و محفوظ داشت و از آن به خوبی استفاده نمود.

موارد استفاده از میکروسکوپ

·         با پیشرفت علم ، استفاده از میکروسکوپ هم بیشتر شد. امروزه در بیمارستانها ، کارخانجات ، سازمانهای تحقیقی ، آموزش و پرورش ، دانشگاهها و آزمایشگاهها از میکروسکوپ استفاده می شود.

·   آسیب شناسان از میکروسکوپ به منظور کمک به تشخیص برای درمان بیماریها استفاده می کنند. حتی جراح از میکروسکوپ ویژه ای برای اعمال ظریف جراحی (جراحی گوش و چشم و ...) استفاده می کند.

·         از میکروسکوپ در آزمایشگاهها درباره موضوعات گوناگون از گیاه شناسی گرفته تا فلز شناسی برای مطالعه استفاده می گردد. در امور صنعتی و هنری و الکترونیک ، میکروسکوپ را به کار می گیرند.

·   در آموزش و پرورش و دانشگاهها استفاده از میکروسکوپ ضروری است و پیشرفت مداوم در علم و تکنولوژی ، استفاده بیشتر از این دستگاه علمی را ضروری می نماید.

نوشته شده توسط علی بیتی

+ نوشته شده در  سه شنبه چهاردهم دی 1389ساعت 18:38  توسط   | 

فيبر نوري

هرجا که صحبت از سیستم های جدید مخابراتی، سیستم های تلویزیون کابلی و اینترنت باشد، در مورد فیبر نوری هم چیزهایی میشنوید.
فیبرهای نوری از شیشه شفاف و خالص ساخته میشوند و با ضخامتی به نازکی یک تار موی انسان، میتوانند اطلاعات دیجیتال را در فواصل دور انتقال دهند. از آنها همچنین برای عکسبرداری پزشکی و معاینه های فنی در مهندسی مکانیک استفاده میشود.

 

یک رشته فیبر نوری

در این مقاله میخوانیم که این فیبرهای نوری چگونه نور را منتقل میکنند و نیز درمورد روش عجیب ساخت آنها !

فیبرنوری چیست؟

فیبرهای نوری رشته های بلند و نازکی از شیشه بسیار خالصند که ضخامتی در حدود قطر موی انسان دارند. آنها در بسته هایی بنام کابلهای نوری کنار هم قرار داده میشوند و برای انتقال سیگنالهای نوری در فواصل دور مورد استفاده قرار میگیرند.
اگر با دقت به یک رشته فیبر نوری نگاه کنید، می بینید که از قسمتهای زیر ساخته شده :

• هسته _ هسته بخش مرکزی فیبر است که از شیشه ساخته شده و نور در این قسمت سیر میکند.

 

قسمتهای مختلف
یک رشته فیبر نوری

• لایه روکش _ واسطه شفافی که هسته مرکزی فیبر نوری را احاطه میکند وباعث انعکاس نور به داخل هسته میشود.
• روکش محافظ _ روکشی پلاستیکی که فیبر نوری در برابر رطوبت و آسیب دیدن محافظت میکند.

صدها یا هزاران عدد از این رشته های فیبر نوری بصورت بسته ای در کنار هم قرار داده میشوند که به آن کابل نوری گویند. این دسته از رشته های فیبر نوری با یک پوشش خارجی موسوم به ژاکت یا غلاف محافظت میشوند.

فیبرهای نوری دو نوعند :

• فیبرهای نوری تک وجهی _ این نوع از فیبرها هسته های کوچکی دارند ( قطری در حدود inch (۴-) ۱۰x ۵/۳ یا ۹ میکرون ) و میتوانند نور لیزر مادون قرمز ( با طول موج ۱۳۰۰ تا ۱۵۵۰ نانومتر ) را درون خود هدایت کنند.
• فیبرهای نوری چند وجهی _ این نوع از فیبرها هسته های بزرگتری دارند ( قطری در حدود inch (۳-) ۱۰x ۵/۲ یا ۵/۶۲ میکرون ) و نور مادون قرمز گسیل شده از دیودهای نوری موسوم به LEDها را ( با طول موج ۸۵۰ تا ۱۳۰۰ نانومتر ) درون خود هدایت میکنند.

برخی از فیبرهای نوری از پلاستیک ساخته میشوند. این فیبرها هسته بزرگی ( با قطر ۴ صدم inch یا یک میلیمتر ) دارند و نور مریی قرمزی را که از LEDها گسیل میشود ( و طول موجی برابر با ۶۵۰ نانومتر دارد ) هدایت میکنند.
بیایید ببینیم طرز کار فیبر نوری چیست.

یک فیبر نوری چگونه نور را هدایت میکند؟

فرض کنید میخواهید یک باریکه نور را بطور مستقیم و در امتداد یک کریدور بتابانید. نور براحتی در خطوط راست سیر میکند و مشکلی ازین جهت نیست. حال اگر کریدور مستقیم نباشد و در طول خود خمیدگی داشته باشد چگونه نور را به انتهای آن میرسانید؟
برای این منظور میتوانید از یک آینه استفاده کنید که در محل خمیدگی راهرو قرار میگیرد و نور را در جهت مناسب منحرف میکند. اگر راهرو خیلی پیچ در پیچ باشد و خمهای زیادی داشته باشد چه؟ میتوانید دیوارها را با آینه بپوشانید و نور را به دام بیندازید بطوریکه در طول راهرو از یک گوشه به گوشه دیگر بپرد. این دقیقا همان چیزی است که در یک فیبرنوری اتفاق می افتد.
نور در یک کابل فیبرنوری، بر اساس قاعده ای موسوم به بازتابش داخلی، مرتبا بوسیله دیواره آینه پوش لایه ای که هسته را فراگرفته، به این سو و آن سو پرش میکند و در طول هسته پیش میرود.

 

تصویری از بازتابش کلی نور در یک فیبر نوری

از آنجا که لایه آینه پوش اطراف هسته هیچ نوری را جذب نمیکند، موج نور میتواند فواصل طولانی را طی کند. به هر حال، برخی از سیگنالهای نوری در حین حرکت در طول فیبر، ضعیف میشوند که علت عمده آن وجود برخی ناخالصیها داخل شیشه است. میزان ضعیف شدن سیگنال به درجه خلوص شیشه بکار رفته در داخل فیبر و نیز طول موج نوری که درون فیبر سیر میکند بستگی دارد (بعنوان مثال
۸۵۰ نانومتر = ۶۰ تا ۷۵ درصد در هر یک کیلومتر
۱۳۰۰ نانومتر = ۵۰ تا ۶۰ درصد در هر یک کیلومتر
۱۵۵۰ نانومتر = بیش از ۵۰ درصد در هر یک کیلومتر ).
برخی از فیبرهای نوری هم هستند که سیگنال در داخل آنها خیلی کم تضعیف میشود. (کمتر از ۱۰ درصد در هر یک کیلومتر برای ۱۵۵۰ نانومتر ).

سیستم ارتباط بوسیله فیبرنوری

برای پی بردن به اینکه فیبرهای نوری چگونه در سیستم های ارتباطی مورد استفاده قرار میگیرند، اجازه دهید نگاهی بیاندازیم به فیلم یا سندی که مربوط به جنگ جهانی دوم است. دو کشتی نیروی دریایی را درنظر بگیرید که از کنار یکدیگر عبور میکنند و لازم است باهم ارتباط برقرار کنند درحالی که امکان استفاده از رادیو وجود ندارد و یا دریا طوفانی است. کاپیتان یکی از کشتی ها پیامی را برای یک ملوان که روی عرشه است میفرستد. ملوان آن پیام را به کد مورس ترجمه میکند و از نورافکنی ویژه که یک پنجره کرکره جلو آن است برای ارسال پیام به کشتی مقابل استفاده میکند. ملوانی که در کشتی مقابل است این پیام مورس را میگیرد، ترجمه میکند و به کاپیتان میدهد. (ملوان کشتی دوم عکس عملی را انجام میدهد که ملوان کشتی اول انجام داد.)

حالا فرض کنید این دو کشتی هر یک در گوشه ای از اقیانوسند و هزاران مایل فاصله دارند و در فاصله بین آنها یک سیستم ارتباطی فیبرنوری وجود دارد.

سیستم های ارتباط بوسیله فیبرنوری، شامل این قسمت هاست:

• فرستنده _ سیگنالهای نور را تولید میکند و به رمز در میاورد.
• فیبرنوری _ سیگنالهای نور را تا فواصل دور هدایت میکند.
• تقویت کننده نوری _ ممکن است برای تقویت سیگنالهای نوری لازم باشد. (برای ارسال سیگنال به فواصل خیلی دور)
• گیرنده نوری _ سیگنالهای نور را دریافت و رمزگشایی میکند.

فرستنده

نقش فرستنده شبیه ملوانی است که روی عرشه کشتی فرستنده پیام ایستاده و پیام را ارسال میکند. فرستنده ابزار تولید نور را در فواصل زمانی مناسب خاموش یا روشن میکند.
فرستنده درعمل به فیبر نوری متصل میشود و حتی ممکن است دارای لنزی برای متمرکز کردن نور به داخل فیبر هم باشد. قدرت اشعه لیزر بیش از LEDهاست اما با کم و زیاد شدن دما شدت نورشان تغییر میکند و گرانتر هم هستند. متداول ترین طول موجهایی که استفاده میشود عبارتند از: ۸۵۰ نانومتر، ۱۳۰۰ نانومتر و ۱۵۵۰ نانومتر. (مادون قرمز و طول موجهای نامریی طیف )

تقویت کننده نوری

همانطور که قبلا هم به آن اشاره شد، نور حین عبور از فیبر ضعیف میشود. (مخصوصا در فواصل طولانی بیش از نیم مایل یا حدود یک کیلومتر مثلا در کابلهای زیر دریا) بنابرین یک یا بیش از یک تقویت کننده نوری در طول کابل بسته میشوند تا نور ضعیف شده را تقویت کنند.
یک تقویت کننده نوری دارای فیبرهای نوری با پوشش ویژه ای است. نور ضعیف شده پس از ورود به این تقویت کننده تحت تاثیر این پوشش خاص و نیز نور لیزری که به این پوشش تابیده میشود تقویت میشود. ملکولهای موجود در این پوشش ویژه با تابش لیزر به آنها، سیگنال نوری جدید و قوی تولید میکنند که مشخصات آن مشابه نور ورودی به تقویت کننده است. درواقع تقویت کننده نوری یک آمپلی فایر لیزری برای نور ورودی به آن است. جزییات بیشتر را در سایت http://www.photonics.com/ ببینید.

گیرنده نوری

گیرنده نوری مشابه ملوانی که روی عرشه کشتی گیرنده پیام بود عمل میکند. این گیرنده سیگنالهای نوری ورودی را میگیرد، رمزگشایی میکند و سیگنالهای الکتریکی مناسب را برای ارسال به کامپیوتر، تلویزیون یا تلفن کاربر تولید و به آنها ارسال میکند. این گیرنده برای دریافت و آشکارسازی نور ورودی از فتوسل یا فتودیود استفاده میکند.

چرا فیبر نوری باعث بوجود آمدن انقلابی در ارتباطات شده است؟
فیبر نوری در مقایسه با سیمهای فلزی مرسوم (سیمهای مسی)، دارای این مزایا است:

ارزان تر بودن _ فیبر نوری بطول چندین مایل از سیم مسی با همین طول ارزانتر است. این قیمت مناسب باعث میشود که بتوانید تلویزیون کابلی یا اینترنت را هر جایی در اختیار داشته باشید و در پول شما هم صرفه جویی میشود.
نازکتر بودن _ فیبرنوری با ضخامتی کمتر از ضخامت سیم مسی تولید میشود و این مزیت بزرگی است.
ظرفیت انتقال بالاتر _ از آنجا که فیبرنوری نازکتر از سیمهای مسی است، بنابراین در کابلی با قطر معلوم تعداد فیبرنوری بیشتری جا میگیرد تا سیم مسی. پس این امکان فراهم میشود که از کابلی با قطر مشابه تعداد خطوط تلفن بیشتر یا تعداد کانال های تلویزیونی بیشتری عبور داده شود.
تضعیف کمتر سیگنال _ سیگنال عبوری از فیبرنوری نسبت به سیگنال عبوری از سیم مسی کمتر ضعیف میشود.
سیگنال های نوری _ برخلاف سیگنالهای الکتریکی در سیمهای مسی که با سیگنالهای عبوری از کابلهای نزدیک تداخل میکنند، سیگنالهای نوری در فیبرنوری حتی با سیگنالهای عبوری از فیبری که در همان کابل است هم تداخل نمیکند. بنابراین صدا در مکالمات تلفنی واضح تر منتقل میشود و کانال های تلویزیونی هم بهتر دریافت میشوند.
کم مصرف بودن _ ازانجا که سیگنالها در فیبرنوری کمتر ضعیف میشوند، بنابراین فرستنده های کم مصرف تری نسبت به فرستنده های با ولتاژ بالا در سیمهای مسی نیاز است. این مزیت باز هم باعث صرفه جویی در هزینه ها میشود.
سیگنالهای دیجیتال _ بهترین و اصلی ترین کاربرد فیبر نوری انتقال اطلاعات دیجیتال است که بخصوص برای شبکه های کامپیوتری مفید است.
اشتعال ناپذیری _ چون هیچ الکتریسیته ای از فیبرنوری عبور نمیکند، خطر اشتعال هم وجود ندارد.
سبک بودن _ فیبرنوری درمقایسه با سیم مسی وزن کمتری دارد و فضای کمتری را میگیرد.
انعطاف پذیری _ ازانجا که فیبرهای نوری بسیار انعطاف پذیرند و میتوانند نور را ارسال و دریافت کنند، در بسیاری از دوربین های انعطاف پذیر و تاشو در اهداف زیر کاربرد دارند:

§ عکسبرداری پزشکی _ در bronchoscope ( لوله ای نازک برای عکسبرداری از نایچه ها )،§ در endoscope ( برای تصویربرداری از اعضای توخالی بدن مثل معده و مثانه )،§ و در laparoscope ( ابزاری پزشکی برای بررسی معده و برخی جراحی های کوچک ) کاربرد دارد.
§ تصویربرداری ماشینی _ برای چک کردن جوشهایی که در لوله ها و موتورها بصورت ماشینی اجرا میشود. ( مثلا در هواپیماها،§ راکتها،§ شاتلهای فضایی و ماشینها )
§ لوله کشی _ برای بررسی مجاری فاضلاب

بخاطر وجود این مزایاست که شما فیبرنوری را در بسیاری از صنایع، در ارتباطات برجسته امروزی و شبکه های کامپیوتری میبینید. مثلا اگر از آمریکا به اروپا تلفن بزنید (یا برعکس)، و این ارتباط از طریق یک ماهواره مخابراتی انجام شود، اغلب میشنوید که صدا دچار تکرار و انعکاس میشود. ولی باوجود فیبرنوری ارتباط شما مستقیم و بدون پژواک است.

فیبرنوری چگونه ساخته میشود؟

فیبرنوری از شیشه شفاف بسیار خالص ساخته میشود. اگر شیشه پنجره را بعنوان محیطی شفاف که نور را از خود عبور میدهد در نظر بگیریم، بدلیل وجود ناخالصیها در شیشه، نور بطور کامل و بدون تغییر عبور نمیکند. بهرحال شیشه ای که در ساخت فیبرنوری بکار میرود، نسبت به شیشه بکار رفته برای پنجره ناخالصیهای بسیار کمتری دارد. توصیف یک شرکت تولید کننده فیبرنوری از شیشه ای که برای ساخت آن بکار میرود به اینصورت است: اگر روی سطح اقیانوسی از شیشه بکار رفته در ساخت فیبرنوری بایستید، میتوانید عمق چندین مایلی آنرا بوضوح ببینید.

برای ساخت فیبرنوری بایستی مراحل زیر طی شود:

ساخت یک استوانه شیشه ای از پیش تعین شده
کشیدن فیبر از استوانه آماده شده
آزمایش فیبرهای تولید شده
ساخت استوانه شیشه ای

شیشه مورد استفاده برای ساخت استوانه طی روندی موسوم به MCVD یا رسوب سازی تعدیل شده شیمیایی با بخار تولید میشود.

در روش MCVD اکسیژن از میان محلول کلراید سیلیکون (SiCl۴)، کلراید ژرمانیوم (GeCl۴) و دیگر مواد شیمیایی میجوشد (قلقل میکند).
این مخلوط بسیار دقیق و حساب شده، ویژگیهای فیزیکی و اپتیکی گوناگونی دارد. ( ازجمله ضریب شکست، ضریب انبساط، نقطه ذوب و … )

 

فرآیند MCVD برای ساخت استوانه

سپس بخارهای گاز بوسیکه یک ماشین مخصوص با حرکات دورانی بداخل یک لوله سیلیس مصنوعی یا لوله کوارتز هدایت میشود که به این عمل آبکاری گویند. در حین چرخش ماشین، یک مشعل در بیرون لوله به بالا و پایین حرکت میکند. حرارت بسیار زیاد ناشی از مشعل، باعث میشود دو چیز اتفاق بیفتد:

سیلیکون و ژرمانیوم با اکسیژن واکنش میدهند، دی اکسید سیلیکون (SiO۲) و دی اکسید ژرمانیوم (GeO۲) حاصل میشود.
دی اکسید سیلیکون و دی اکسید ژرمانیوم روی سطح داخلی لوله رسوب میکنند، باهم آمیخته میشوند تا شیشه شکل بگیرد.

 

ماشین مورد استفاده برای ساخت استوانه

ماشین مخصوص بطور مستمر میچرخد تا استوانه ای استوار و اندود شده ساخته شود. خلوص شیشه با استفاده از قطعات پلاستیکی که در برابر خوردگی مقاوم است و در سیستم تزریق گاز بکار رفته و نیز با کنترل دقیق جریان گاز و ترکیب آن حفظ میشود. روند ساخت این استوانه کاملا خودکار است و چندین ساعت بطول می انجامد. بعد از اینکه استوانه ساخته شده خنک شد، تست کنترل کیفیت روی آن انجام میشود.

کشیدن فیبر از استوانه آماده شده

بعد ازینکه استوانه شیشه ای کنترل کیفی شد، روی دستگاهی بنام برج فیبر کشی سوار میشود.
استوانه شیشه ای در یک کوره گرافیتی داغ میشود ( ٣٤٥٢ تا ٣٩٩٢ درجه فارنهایت یا ١٩٠٠ تا ٢٢٠٠ درجه سانتیگراد ) تا حدی که یک گلوله گداخته شده از نوک آن، تحت تاثیر نیروی جاذبه سقوط میکند. گلوله شیشه ای مذاب در حین سقوط خنک میشود و یک رشته شیشه ای را بوجود می آورد.

 نمایی از یک برج فیبر کشی

متصدی دستگاه این رشته را در داخل دیگر قسمتهای برج از جمله تعدادی فنجانک اندود کننده و نیز کوره ماوراء بنفش نخ کشی میکند تا در نهایت به قرقره پایین دستگاه برسد.

قرقره مکانیکی فیبر را به آرامی از استوانه داغ شده میکشد. یک ریزسنج لیزری بدقت این مرحله را کنترل میکند و قطر فیبر را اندازه میگیرد. اطلاعات بدست آمده از ریزسنج به سیستم خودکار قرقره مکانیکی ارسال میشود. فیبرها با سرعت ٣٣ تا ٦٦ فوت بر ثانیه ( ١٠ تا ٢٠ متر بر ثانیه ) از استوانه داغ کشیده میشوند و محصول نهایی روی قرقره پیچیده میشود. معمولا در نهایت بیش از ٤/١ مایل ( ٢/٢ کیلومتر ) فیبرنوری روی قرقره جمع نمیشود.

تست و آزمایش فیبرنوری آماده شده

 

یک قرقره فیبرنوری

موضوع برخی آزمایشها که روی فیبرنوری تولید شده انجام میشود:

مقاومت کششی _ فیبر باید بتواند نیروی کشش معادل ٠٠٠/١٠٠ پوند بر اینچ مربع یا بیشتر را تحمل کند.
آزمایش منحنی ضریب شکست
بررسی فیبر از لحاظ ابعاد هندسی ازجمله کنترل یکنواختی قطر هسته و یکنواختی ضخامت لایه روکش
آزمایش میزان تضعیف امواج در فیبرنوری _ در این آزمایش مشخص میشود که سیگنالهای نوری در طول موجهای مختلف چه مقدار انرژی خود را از حین عبور از فیبر دست میدهند.
ظرفیت انتقال اطلاعات (پهنای باند) _ تعداد سیگنالهایی که در هر لحظه میتواند بوسیله فیبر منتقل شود.
طیف رنگی _ انتشار طول موجهای مختلف نور در هسته فیبر که در بحث پهنای باند حایز اهمیت است.
دمای عملیاتی / دامنه تغییرات رطوبت
تاثیر دما در تضعیف سیگنال عبوری
توانایی هدایت نور در زیر آب _ حایز اهمیت برای کابلهایی که در زیر دریا استفاده میشود.

وقتی فیبر مراحل آزمایش را طی کرد، به شرکتهای فعال در زمینه تلفن، کابل و شبکه فروخته میشود. در حال حاضر بسیاری از شرکتها سیستمهای نوین مبتنی بر فیبرنوری را جایگزین سیستمهای قدیمی مبتنی بر سیم مسی کرده اند تا سرعت، ظرفیت و وضوح بیشتری حاصل شود.

فیزیک بازتابش کلی

وقتی نور از یک محیط با ضریب شکست m۱ وارد محیط دوم با ضریب شکست کوچکتری مثل m۲ میشود، زاویه ای که در محیط اول با خط عمود فرضی بر سطح جدا کننده دو محیط داشت، در محیط دوم تغییر میکند. همچنان که زاویه پرتو در محیط اول، نسبت به خط عمود فرضی بزرگتر میشود، نور شکسته شده در محیط دوم هم از خط فرضی دورتر میشود. (زاویه پرتو در محیط دوم هم نسبت به خط فرضی بزرگتر میشود)
در یک زاویه خاص (زاویه بحرانی) نور شکسته شده به محیط دوم وارد نمیشود و در عوض در امتداد خط جداکننده دو محیط حرکت میکند.
Sin [critical angle ] = n۲ / n۱ که n۱ و n۲ ضرایب شکست اند بطوریکه n۱ < n2 . اگر زاویه پرتو محیط اول نسبت به خط عمود فرضی، از زاویه بحرانی بزرگتر باشد، در این حالت پرتو شکسته شده بطور کامل بداخل همان محیط اول منعکس میشود ( پدیده بازتابش داخلی کلی ). حتی اگر محیط دوم شفاف باشد و بتواند نور را عبور دهد.

در فیزیک زاویه بحرانی نسبت به خط عمود فرضی تعریف میشود. در فیبرنوری، زاویه بحرانی نسبت به محوری موازی با فیبر که در مرکز آن امتداد دارد توصیف میشود. بنابراین

( زاویه بحرانی فیزیکی – ٩٠ درجه ) = زاویه بحرانی در فیبرنوری

 

پدیده بازتابش کلی نور در یک فیبرنوری

در یک فیبرنوری نور در هسته (با ضریب شکست بزرگتر، m۱) سیر میکند و مرتبا با برخورد به لایه روکش (با ضریب شکست کوچکتر، m۲) شکسته میشود چون زاویه نور همیشه از زاویه بحرانی بزرگتر است. در انعکاس نور از سطح روکش، مقدار زاویه انحنای فیبر تاثیر ندارد حتی اگر فیبرنوری یک دایره کامل ساخته باشد!

ازانجا که لایه روکش هیچ نوری از هسته جذب نمیکند، موج نور میتواند مسافتهای طولانی را طی کند. ولی بهرحال برخی سیگنالهای نوری در حین عبور از فیبر ضعیف میشوند که دلیل عمده آن ناخالصیهای موجود در شیشه است.

میزان تضعیف سیگنال به درجه خلوص شیشه و طول موج نور عبوری از فیبر بستگی دارد ( مثلا نور با طول موج ٨٥٠ نانومتر در هر یک کیلومتر ٦٠ تا ٧٥ درصد ضعیف میشود. نور با طول موج ١٣٠٠ نانومتر ٥٠ تا ٦٠ درصد در هر یک کیلومتر و نور با طول موج ١٥٥٠ نانومتر بیش از ٥٠ درصد در هر کیلومتر تضعیف میشود. ) برخی از انواع فیبرنوری کارایی بهتری دارند و سیگنال نور در آنها کمتر انرژی خود را از دست میدهد – کمتر از ١٠ درصد در هر یک کیلومتر برای طول موج ١٥٥٠ نانومتر.

نوشته شده توسط نعیم گهر نیا

+ نوشته شده در  دوشنبه سیزدهم دی 1389ساعت 21:30  توسط   |