مقدمه ای بر فیزیک اتمی

به نام خدا

اگر همواره مانند گذشته بیاندیشید همیشه همان چیزهایی را بدست می آورید که تا به حال کسب کرده اید. (ریچارد فاینمن)

مقدمه

دانشمندان از دهه هشتاد قرن بیستم به علت گستردگی علم فیزیک ناچار شدند این علم را به گرایشهای مختلفی تقسیم بندی کنند تا هر کدام از این گرایشات حوزهای ازاین علم را مورد کنکاش قرار دهد زیرا چاهی عمیق بودن بهتر از اقیانوسی به عمق یک سانتی متر می باشد.

این گرایش ها عبارت اند از:1)اتمی و مولکولی 2)اختر فیزیک 3)حالت جامد و الکترونیک 4)نظری 5)هسته ای.

هدف این نوشتار که در حقیقت یک گردآوری اطلاعات از منابع مختلف است به توضیح هر چند ناقص گرایش اتمی و مولکولی که خود به دو شاخه پلاسما و لیزر تقسیم می شود و مکانیک آماری که کاربرد وسیعی در این گرایش دارد می پردازد و سعی شده است تا آنجا که ممکن بوده است مطالب از منابع معتبری که در آخر هر مبحث جهت رعایت امانت اشاره شده است گردآوری شود واضح است که در صورت وجود ایرادی در این نوشتار کوتاهی از اینجانب می باشد نه منابع اشاره شده و پیشاپیش از خوانندگان محترم عذر خواهی می نمایم.

1-1)پلاسما:

فلاسفه قدیم برای ماده 4 حالت: آب . باد . خاک و آتش را متصور می شدند اما این نظریه رد و برای ماده 3 حالت: جامد . مایع و گاز در نظرگرفته شد. اما در مباحث علمی معمولا یک حالت چهارم نیز برای ماده فرض می شود.

یک نمونه بسیار طبیعی از پلاسما آتش است. بنابراین خورشید نمونه ای از پلاسمای داغ به شمار می رود. اغلب گفته میشود

(99%) ماده موجود در جهان به حالت چهارم یعنی حالت پلاسما است. این امر بیان گر این واقعیت است که درون ستارگان وجو آنها ابرهای گازی و اغلب هیدرزن فضای بین ستارگان به صورت پلاسما است. در نزدیکی خود ما وقتی جو زمین را ترک می کنیم بلافاصله با پلاسمایی مواجه می شویم که شامل کمربندهای تشعشعی وان آلن و بادهای خورشیدی است. در زندگی روزمره نیز با چند نمونه محدود از پلاسما مواجه می شویم مانند: 1-رعد و برق 2-تابش ملایم شفق قطبی 3-گازهای داخل یک لامپ فلورسان یا لامپ نئون 4-یونیزاسیو مختصری که گازهای خروجی یک موشک در هوای اطراف خود به وجود می آورد(پیشران موشک).

(قسمتی از کتاب آشنایی با گرایش اتمی و مولکولی-چاپ دانشگاه تبریز-تالیف: افشین آقایان)

آشنایی با فیزیک اتمی

ریشه لغوی

این کلمه ، از کلمه یونانی atomos ، غیر قابل تقسیم ، که از a- ، بمعنی غیر و tomos، بمعنی برش ، ساخته شده است. معمولا به معنای اتم‌های شیمیایی یعنی اساسی‌ترین اجزاء مولکول‌ها و مواد ساده می‌باشد.

تاریخچه شناسایی اتم

مواد متنوعی که روزانه در آزمایش و تجربه با آن روبه رو هستیم، متشکل از اتم‌های گسسته است. وجود چنین ذراتی برای اولین بار توسط فیلسوفان یونانی مانند دموکریتوس (Democritus) ، لئوسیپوس (Leucippus) و اپیکورینز (Epicureanism) ولی بدون ارائه یک راه حل واقعی برای اثبات آن ، پیشنهاد شد. سپس این مفهوم مسکوت ماند تا زمانیکه در قرن 18 راجر بسکوویچ (Rudjer Boscovich) آنرا احیاء نمود و بعد از آن توسط جان دالتون (John Dalton) در شیمی بکار برده شد.


راجر بوسویچ نظریه خود را بر مبنای مکانیک نیوتنی قرارداد و آنرا در سال 1758 تحت عنوان:

Theoria philosophiae naturalis redacta ad unicam legem virium in natura existentium

چاپ نمود.

براساس نظریه بوسویچ ، اتمها نقاط بی‌اسکلتی هستند که بسته به فاصله آنها از یکدیگر ، نیروهای جذب کننده و دفع کننده بر یکدیگر وارد می‌کنند. جان دالتون از نظریه اتمی برای توضیح چگونگی ترکیب گازها در نسبتهای ساده ، استفاده نمود. در اثر تلاش آمندو آواگادرو (Amendo Avogadro) در قرن 19، دانشمندان توانستند تفاوت میان اتم‌ها و مولکول‌ها را درک نمایند. در عصر مدرن ، اتم‌ها ، بصورت تجربی مشاهده شدند.

اندازه اتم

اتم‌ها ، از طرق ساده ، قابل تفکیک نیستند، اما باور امروزه بر این است که اتم از ذرات کوچکتری تشکیل شده است. قطر یک اتم ، معمولا میان 10pm تا 100pm متفاوت است.

ذرات درونی اتم

در آزمایش‌ها مشخص گردید که اتم‌ها نیز خود از ذرات کوچکتری ساخته شده‌اند. در مرکز یک هسته کوچک مرکزی مثبت متشکل از ذرات هسته‌ای ( پروتون‌ها و نوترون‌ها ) و بقیه اتم فقط از پوسته‌های متموج الکترون تشکیل شده است. معمولا اتم‌های با تعداد مساوی الکترون و پروتون ، از نظر الکتریکی خنثی هستند.

طبقه‌بندی اتم‌ها

اتم‌ها عموما برحسب عدد اتمی که متناسب با تعداد پروتون‌های آن اتم می‌باشد، طبقه‌بندی می‌شوند. برای مثال ، اتم های کربن اتم‌هایی هستند که دارای شش پروتون می‌باشند. تمام اتم‌های با عدد اتمی مشابه ، دارای خصوصیات فیزیکی متنوع یکسان بوده و واکنش شیمیایی یکسان از خود نشان می‌دهند. انواع گوناگون اتم‌ها در جدول تناوبی لیست شده‌اند.

اتم‌های دارای عدد اتمی یکسان اما با جرم اتمی متفاوت (بعلت تعداد متفاوت نوترون‌های آنها) ، ایزوتوپ نامیده می‌شوند.

ساده‌ترین اتم

ساده‌ترین اتم ، اتم هیدروژن است که عدد اتمی یک دارد و دارای یک پروتون و یک الکترون می‌باشد. این اتم در بررسی موضوعات علمی ، خصوصا در اوایل شکل‌گیری نظریه کوانتوم ، بسیار مورد علاقه بوده است.

واکنش شیمیایی اتم‌ها

واکنش شیمیایی اتم‌ها بطور عمده‌ای وابسته به اثرات متقابل میان الکترون‌های آن می‌باشد. خصوصا الکترون‌هایی که در خارجی‌ترین لایه اتمی قرار دارند، به نام الکترون‌های ظرفیتی ، بیشترین اثر را در واکنش‌های شیمیایی نشان می‌دهند. الکترون‌های مرکزی (یعنی آنهایی که در لایه خارجی نیستند) نیز موثر می‌باشند، ولی بعلت وجود بار مثبت هسته اتمی ، نقش ثانوی دارند.

پیوند میان اتم‌ها

اتم‌ها تمایل زیادی به تکمیل لایه الکترونی خارجی خود و (یا تخلیه کامل آن) دارند. لایه خارجی هیدروژن و هلیم جای دو الکترون و در همه اتمهای دیگر طرفیت هشت الکترون را دارند. این عمل با استفاده مشترک از الکترونهای اتم‌های مجاور و یا با جدا کردن کامل الکترون‌ها از اتمهای دیگر فراهم می‌شود. هنگامیکه الکترونها در مشارکت اتمها قرار می گیرند، یک پیوند کووالانسی میان دو اتم تشکیل می‌گردد. پیوندهای کووالانسی قویترین نوع پیوندهای اتمی می‌باشند.

یون

هنگامیکه بوسیله اتم ، یک یا چند الکترون از یک اتم دیگر جدا می‌گردد، یون‌ها ایجاد می‌شوند. یون‌ها اتم‌هایی هستند که بعلت عدم تساوی تعداد پروتو ن‌ها و الکترون‌ها ، دارای بار الکتریکی ویژه می‌شوند. یون‌هایی که الکترون‌ها را برمی‌دارند، آنیون (anion) نامیده شده و بار منفی دارند. اتمی که الکترون‌ها را از دست می‌دهد کاتیون (cation) نامیده شده و بار مثبت دارد.

پیوند یونی

کاتیون‌ها و آنیون‌ها بعلت نیروی کولمبیک (coulombic) میان بارهای مثبت و منفی ، یکدیگر را جذب می‌نمایند. این جذب پیوند یونی نامیده می‌شود و از پیوند کووالانسی ضعیفتر است.

مرز مابین انواع پیوندها

همانطور که بیان گردید، پیوند کوالانسی در حالتی ایجاد میشود که در آن الکترون‌ها بطور یکسان میان اتمها به اشتراک گذارده می‌شوند، درحالیکه پیوند یونی در حالی ایجاد می‌گردد که الکترون‌ها کاملا در انحصار آنیون قرار می‌گیرند. بجز در موارد محدودی از حالتهای خیلی نادر ، هیچکدام از این توصیف‌ها کاملا دقیق نیست. در بیشتر موارد پیوندهای کووالانسی ، الکترون‌ها بطور نامساوی به اشتراک گذارده میشوند، بطوریکه زمان بیشتری را صرف گردش بدور اتم‌های با بار الکتریکی منفی‌تر می‌کنند که منجر به ایجاد پیوند کووالانسی با بعضی از خواص یونی می‌گردد.

بطور مشابهی ، در پیوندهای یونی ، الکترون‌ها اغلب در مقاطع کوچکی از زمان بدور اتم با بار الکتریکی مثبت‌تر می‌چرخند که باعث ایجاد بعضی از خواص کووالانسی در پیوند یونی می‌گردد.

مباحث مرتبط با عنوان

• آرایش الکترونی عناصر
• آند و کاتد
• آنیون و کاتیون
• اتم اولیه
• الکترونگاتیویته
• الکترون خواهی
• ایزوتوپ
• پیوند شیمیایی و انواع آن
• پیوند کووالانسی
• پیوند هیدروژنی
• پیوند یونی
• مدل اتمی رادرفورد
• مدل تامسون
• مدل بوهر

ارتباط خارجی

• http://www.bartleby.com/61/19/A0501900.html The American Heritage Dictionary

       (contains popups) o

منبع:www.daneshname.roshd.ir

فیزیک لیزر (Laser Physics)

ریشه لغوی

کلمه لیزر (LASER) از حروف ابتدای عبارت "تقویت نور بوسیله گسیل القایی تابش" (Light Amplification By Stimulated Emission of Radiation) در لاتین ساخته شده است که معمولاً در طول موجهای مادون قرمز نزدیک ، مرئی و ماورای بنفش طیف الکترومغناطیس می‌باشد. به گسیلهای لیزر گونه طول موجهای بلندتر ناحیه میکروویو "میزر" (MASER) گفته می‌شود. لیزر اصولاً به منبع نور همدوس و تکرنگ گفته می‌شود.

دید کلی

• هیچ می‌دانید با لیزر معجزه می‌کنند!
  
  
• فکر می‌کنید لیزر برای چه تولید شده است؟
  
  
• به نظر شما برتری تانکهای مجهز به سیستم مسافت یاب لیزری در چیست؟
  
  

بد نیست بدانید که همه شما با لیزر زندگی می‌کنید و رد پایی که لیزر از خود بر جای می‌گذارد به زندگی امروزی معنا می‌دهد. برای همین بشر زندگی خود را در دنیای امروزی مدیون لیزر می‌داند.

تاریخچه لیزر

پیشنهاد استفاده از گسیل القایی از یک سیستم با جمعیت معکوس برای تقویت امواج میکروویو بطور مستقل بوسیله وبر (Weber) ، جوردون (Gordon) ، زیگر (Zeiger) ، تاونز (Townes) ، باسو (Basov) و پروخورو (Prokhorov) داده شد. اولین استفاده عملی از چنین تقویت کننده‌هایی توسط گروه جوردون ، زیگر و تاونز در دانشگاه کالیفرنیا انجام شد. این گروه نام میزر (MASER) را که از ابتدای حروف "Microwave Amplification by Stimulated Emission of Radiation" تشکیل شده بود برای آن برگزیدند.

اولین میزر با استفاده از گذار میکروویو در مولکولهای آمونیاک (NH₃) ساخته شد. در سال 1958 اولین بار پیشنهاد فعالیت میزر در فرکانسهای نوری در مقاله‌ای توسط اسکاولو (Schawlow) و تاونز داده شد. در سال 1960 یعنی کمتر از دو سال دیگر ، میلمن (Mailman) موفق به ساخت لیزر پالسی یاقوت شد. این لیزر پیوسته کار (CW) که لیزر گازی هلیوم نئون بود، در سال 1961 توسط علی جوان ایرانی ساخته شد.

منبع: www.daneshname.roshd.ir

گرایشهای فیزیک

جدول زیر بسیاری از زمینه‌ها و زیرزمینه‌های فیزیک به همراه نظریه‌های مربوط و مفاهیم به کار رفته در آنها را در بر می‌گیرد.

زمینه	زیرزمینه‌ها	نظریه‌های اصلی	مفاهیم
اخترفیزیک	کیهان‌شناسی، گرانش، اخترشناسی انرژی-بالا، اخترشناسی سیاره‌ای، فیزیک پلاسما، فیزیک فضا، اختر فیزیک ستاره‌ای	مهبانگ، تورم کیهانی، نسبیت عام، قانون گرانش عمومی نیوتن	سیاهچاله، تابش زمینه کیهانی،ریسمان کیهانی، کیهان، انرژی تاریک، ماده تاریک، کهکشان، گرانش، موج گرانشی، تکینگی گرانشی، سیاره، منظومه شمسی، ستاره، ابرنواختر، عالم
فیزیک اتمی، مولکولی و اُپتیک	فیزیک اتمی، فیزیک مولکولی، فیزیک اتمی و مولکولی، فیزیک شیمی، اُپتیک، فوتونیک	اُپتیک کوانتمی، شیمی کوانتمی، علم اطلاعات کوانتمی	فوتون، اتم، مولکول، پراش، نور، موج الکترومغناطیسی، لیزر، قطبش، خط طیفی،اثر کازیمیر
فیزیک ذره‌ای	فیزیک هسته‌ای، اخترفیزیک هسته‌ای، اخترفیزیک ذره‌ای، پدیدار‌شناسی فیزیک ذره‌ای	مدل استاندارد، نظریه كوانتمی میدان، الکترودینامیک کوانتومی، کرومودینامیک کوانتومی،‌ نظریه الکتروضعیف، نظریه میدان موثر، نظریه میدان شبکه‌، نظریه ‌پیمانه‌ای شبکه، نظریه پیمانه‌ای، ابرتقارن، نظریه وحدت بزرگ، نظریه ریسمان، نظریه ابرریسمان، نظریه-م	نیروهای پایه در فیزیک (گرانشی، الکترومغناطیسی، ضعیف و قوی)، ذرات بنیادی، اسپین، ضدماده، شکست تقارن خودبخود، نوسان نوترینو، مکانیسم الاکلنگی، پوسته، ریسمان، گرانش کوانتمی، نظریه همه چیز، انرژی خلاء
فیزیک ماده چگال	فیزیک حالت جامد، فیزیک فشاربالا، فیزیک دماپایین، فیزیک سطح، نانو اندازه، فیزیک پلیمر	نظریه بی‌سی‌اس، موج بلوخ، گاز فرمی، مایع فرمی، نظریه بس ذره‌ای	حالت‌های ماده (گاز، مایع، جامد، چگالش بوز-اینشتین، ابررسانایی، ابرشاره)، رسانایی الکتریکی، مغناطیس، خود تشکیلات، اسپین
فیزیک کاربردی	فیزیک شتاب‌دهنده‌ها، صوت شناسی، زیست‌فیزیک، فیزیک شیمی، فیزیک مکاتبه، اکونوفیزیک، مهندسی فیزیک، دینامیک سیالات، ژئو‌فیزیک، مهندسی و علم مواد، فیزیک پزشکی، نانوتکنولوژی، اُپتیک، شمی فیزیکی،‌ فیزیک شمارش، فیزیک پلاسما، دستگاهای حالت جامد، شیمی کوانتمی، الکترونیک کوانتمی، علم اطلاعات کوانتمی، دینامیک حامل	همه	همه

منبع:    www.wikipedia.org