جهان از نور تا نور

آغاز جهان

تقریبا 15 میلیارد سال پیش ، همه ماده موجود در جهان بصورت توده‌ای بسیار متراکم و فوق‌العاده داغ (در واقع بصورت پلاسما) بود، با انفجار این توده چگال و بسیار ریز ماده مزبور به اطراف پاشیده و جهان منبسط شد. بدین ترتیب جهان فعلی ما که هنوز هم در حال انبساط است در اثر این انفجار بزرگ بوجود آمده است.
اختر فیزیکدانان توانسته‌اند با کمک فیزیک ذرات بنیادی ، نخستین لحظات بعد از انفجار بزرگ را تصویر کنند و نشان دهند که چگونه عناصر شیمیایی سبک از پلاسما بوجود آمده‌اند. مطالعه گذشته جهان به ما امکان می‌دهد تا بتوانیم حال و آینده را بهتر درک کنیم. دانشمندان با کشف آثار بجامانده از گذشته می‌توانند صحت نظریاتشان در مورد گذشته را بررسی کنند ولی تصاویر آنها از آینده فعلا در قالب نظریه باقی می‌ماند.

آینده جهان

در بررسی آینده جهان با توجه به گذشته آن چند نظریه وجود دارد.
اول آنکه انبساط کنونی جهان تا ابد ادامه خواهد یافت.
طبق نظریه دوم در اندازه معینی انبساط جهان متوفق شده و جهان در همان حال ثابت باقی می‌ماند.
در نظریه سوم انبساط کنونی جهان روزی بر اثر نیروی جاذبه متوقف شده و روند معکوس را به شکل انقباض طی خواهد کرد...
فعلا مشاهدات و یافته‌ها ، نظریه اول را تایید می‌کند ولی هرکدام از نظریات امکان وقوع دارند.

سرنوشت ستاره‌ها

میلیاردها میلیارد ستاره در جهان وجود دارند، اگر انبساط ابدی باشد، سرنوشت آنها چگونه خواهد بود؟ آیا تا ابد ستارگان خواهند درخشید؟ ستارگان سرانجام ذخایر سوختی خود را تمام کرده ، پیر شده و می‌میرند. هرچه ستاره پرنورتر باشد، ذخایر سوختی خود را سریعتر مصرف می‌کند و زودتر می‌میرد. مثلا خورشید که در مصرف سوختش صرف‌جویی می‌کند پس از 5 میلیارد سال به کوتوله سفید تبدیل شده و بتدریج سرد و بی‌جان می‌شود.
ستاره های بزرگتر از خورشید کمتر عمر می‌کنند و بسته به جرمشان در پایان عمر به ستاره‌های نوترونی یا به سیاهچاله تبدیل می‌شوند. ستاره‌های سبکتر بیشتر عمر کرده و دیرتر می‌میرند.
بعضی از دانشمندان معتقدند که ستاره‌های جدید جای ستاره‌های مرده را می‌گیرند، برخی از آنها می‌گویند ستاره‌های جدید از مواد بین ستاره‌ای بوجود می‌آیند و برخی دیگر بر این باورند که ستاره‌های مزبور از اجرام متراکم بوجود می‌آیند. ولی در هر صورت ، تولد یک ستاره مستلزم وجود ماده و انرژی هسته‌ای است. در آینده‌ای دور ، همه ذخایر ماده و انرژی هسته‌ای موجود در جهان ، صرف تولد ستارگان جدید می‌شود و پس از آن دیگر ستاره جدیدی بوجود نخواهد آمد. تا آن زمان 10¹⁴ سال دیگر وقت باقی است. این مدت ، ده‌هزار برار زمانی است که از آغاز انفجار بزرگ تا کنون سپری شده است.

سرنوشت کهکشانها

کهکشانها مجموعه‌ای از ستارگان هستند که در اطراف هم جمع شده‌اند. هر کهکشان از صدها میلیارد ستاره تشکیل شده است. دانشمندان کشف کرده‌اند که در اطرفا مرکز کهکشان ، فعل و انفعالاتی رخ می‌دهد و با بررسی این فعل و انفعالات نظر داده‌اند که در مرکز هر کهکشان یک سیاهچال فوق‌العاده سنگین وجود دارد.
زمانی فرا می‌رسد که نیروی جاذبه میان ستارگان هر کهکشان تغییر می‌کند و بر اثر این تغییر سرعت ستاره افزایش می‌یابد و ستاره میان کهکشان‌ها سرگردان می‌شود. ستاره‌ها کم‌کم از کهکشان‌های خود دور می‌شوند. در همان حال مرکز کهکشان متراکم‌تر و جاذب‌تر می‌شود. یعنی سیاهچاله مرکزی می‌تواند ستارگان بیشتری را به خود جذب کند و سنگین‌تر شود. ولی فقط 10 درصد ستارگان کهکشان را جذب می‌کند، 90 درصد بقیه ستارگان در فضا پراکنده می‌شوند. از این زمان تا 10¹⁹ سال دیگر کهکشان‌ها تجزیه می‌شوند. تا آن زمان همه ستاره‌ها مرده‌اند و دیگر ستاره‌ای باقی نمانده است.

عصر تشعشع

تا 10³² سال دیگر همه مواد هسته‌ای جهان تجزیه و ستارگان و سیاران به فوتون و نوترینو تبدیل می‌شوند ولی سیاهچاله‌ها باقی خواهند ماند. تا اینکه به تدریج به تشعشعاتی مثل فوتون ، نوترینو و گراویتون تبدیل شوند. این تغییرات بسیار آهسته اتفاق می‌افتد و زمان صرف شده برای آنها نجومی است. مثلا سیاهچاله‌ای با جرم ده برابر خورشید ، 10⁶⁹ سال دیگر به تشعشع تبدیل می‌شود. این زمان برای سیاهچاله‌ای که 10⁶ برابر جرم خورشید است ، 10⁹⁶ سال خواهد بود.
پس همه سیاهچاله‌ها هم سرانجام به تشعشع تبدیل خواهند شد و در آن زمان تنها تشعشع وجود خواهد داشت و دوره جدیدی از تاریخ جهان که «عصر تشعشع» نامیده می‌شود، بوجود خواهد آمد، جهانی که نخستین ثانیه‌های ولادت خود زیر سیطره نور بود، دوباره به زیر سیطره نور می‌رود. جهان در 10¹⁰⁰ سالگی فقط الکترون و پوزیترون خواهد داشت.
بعضی از اخترفیزیکدانان معتقدند که در هرحال و در هر زمان ، ماده به حرکات پیچیده خود ادامه می‌دهد و حیات هوشمندانه وجود خواهد داشت ولی روند تحولات جهان کندتر می‌شود.
مطالب مذکور نتایجی از قوانین فیزیک امروزه هستند، ممکن است در آینده فعل و انفعالات و قوانین و نیروهایی بوجود آید که آینده جهان را کاملا دگرگون کند.

ترانزیستورهای پیوندی دو قطبی:

دید کلی:

ترانزیستور یک قطعه الکترونیکی فعال بوده و با ترکیب سه قطعه n و p بدست می آید. که از ترزیق باربرهای اقلیت در یک پیوند با گرایش مستقیم استفاده می کند و دارای سه پایه به نامهای بیس (B) ، امیتر (E) و کلکتور (C) می باشد و چون دراین قطعه اثر الکترون ها و حفره ها هر دو مهم است به آن یک ترانزیستور دو قطبی گفته می شود.

تاریخچه: عصر نوین الکترونیک مفید رساناها با اختراع ترانزیستور دو قطبی در 1948 توسط باردین ، براتاین و شاکلی در آزمایشگاههای تلفن بل آغاز شد. این قطعه به همراه همتای اثر میدانی خود تاثیر شگفتی روی تقریبا تمام حوزه های زندگی نوین گذاشته است.

انواع ترانزیستور پیوندی

• pnp: شامل سه لایه نیمه هادی که دو لایه کناری از نوع p و لایه میانی از نوع n است. و مزیت اصلی آن در تشریح عملکرد ترانزیستور این است که جهت جاری شدن حفره ها با جهت جریان یکی است.
• npn: شامل سه لایه نیمه هادی که دو لایه کناری از نوع n و لایه میانی از نوع p است. پ ساز درک ایده های اساسی برای قطعه pnp می توان به سادگی آنها را به ترانزیستور پرکاربرد تر npn مربوط ساخت.

ساختمان ترانزیستور پیوندی

ترانزیستور دارای دو پیوند گاه است. یکی بین امیتر و بیس و دیگری بین بیس و کلکتور بهمین دلیل ترانزیستور شبیه دو دیود است. دیود سمت چپ را دیود بیس امیتر یا صرفا دیود امیتر و دیود سمت راست را دیود کلکتور – بیس یا دیود کلکتور می نامیم. میزان ناخالصی نا وسط بمراتب کمتر از دو ناحیه جانبی است. این کاهش ناخالصی باعث کم شدن هدایت و بالعکس باعث زیاد شدن مقاومت این ناحیه می گردد. امیتر که شدیدا آلائیده شده نقش گسیل و یا تزریق الکترون به درون بیس را بعهده دارد. بیس بسیار نازک ساخته شده و آلایش آن ضعیف است و لذا بیشتر الکترونهای تزریق شده از امیتر را به کلکتور عبور می دهد. میزان آلایش کلکتور کمتر از میزان آلایش شدید امیتر و بیشتر از آلایش ضعیف بیس است و کلکتور الکترون ها را از بیس جمع آوری می کند.

طرز کار ترانزیستور پیوندی

طرز کار ترانزیستور را با استفاده از npn مورد بررسی قرار می دهیم. طرز کار pnp هم دقیقا مشابه npn خواهد بود. بشرط اینکه الکترونها و حفره ها با یکدیگر عوض شوند. در نوع npn بعلت تغذیه مستقیم دیود امیتر ناحیه تهی کم عرض می شود در نتیجه حاملهای اکثریت یعنی الکترونها از ماده n به ماده p هجوم می آورند. حال اگر دیود بیس – کلکتور را بحالت معکوس تغذیه نمائیم دیود کلکتور به علت بایس معکوس عریض تر می شود. الکترونهای جاری شده به ناحیه p در دو جهت جاری می شوند. بخشی از پیوندگاه کلکتور عبور کرده ، به ناحیه کلکتور می رسند و تعدادی از آنها با حفره های بیس باز ترکیب شده و بعنوان الکترونهای ظرفیت بسوی پایه خارجی بیس روانه می شوند این مولفه بسیار کوچک است.

نحوه اتصال ترازیستورها

• اتصال بیس مشترک: در این اتصال پایه بیس هر دو بخش ورودی و خروجی مدار مشترک است. جهت های انتخابی برای جریان شاخه ها جهت قراردادی جریان در همان جهت حفره ها می شود.
• اتصال امیتر مشترک: مدار امیتر مشترک بیشتر از سایر روشها در مدارهای الکترونیکی کاربرد دارد و مداری است که در آن امیتر بین بیس و کلکتور مشترک است این مدار دارای امپرانس ورودی کم بوده ولی امپرانس خروجی مدار بالا می باشد.
• اتصال کلکتور مشترک: اتصال کلکتور مشترک برابر تطبیق امپرانس در مدار به کار می رود. زیرا بر عکس حالت قبلی دارای امپرانس ورودی زیاد و امپرانس خروجی پائین است. اتصال کلکتور مشترک غالبا بهمراه مقاومتی بین امیتر و زمین بنام مقاومت بار بسته می شود.

کاربرد ترانزیستور

ترانزیستورها می توانند با کنترل جریان مدار تقویت کننده و این مورد به طور گسترده ای در مدارهای ترانزیستوری به کار می رود. همچنین عمل مهم دیگر ترانزیستورها در مدارهای الکترونیکی قابلیت کنترل حالت خاموش و روشن قطعه حفاظت در برابر پرتوزاها:

دید کلی:

مواد پرتو زا ، تابش کننده پرتوهای حامل انرژی هستند لذا مهمترین خصیصه پرتوها انرژی آنهاست و این پرتوها می توانند با اتم ها و ملکولها بر هم کنش نشان داده و آنها را از حالت عادی خارج کنند لذا پرتو گیری ، بدن انسان از مواد پرتو زا چه بصورت پرتوگیری از منبع خارج از بدن و یا پرتو گیری از منبع وارد شده به بدن ، موجب اختلال در ملکولها و سلولهای بدن می شود. اصول کلی حفاظت در برابر پرتوها بیشتر به جلوگیری از ورود مواد پرتو زا به بدن مربوط می شود.
تعریف پرتو: پرتو انتقال دهنده انرژی از راه تابش است. هنگامی که پرتوی انرژی خود را از دست بدهد دیگر پرتو نیست. پرتو می تواند وارد اتم بشود و با برخورد به الکترونها و یا هسته ، اتم را از حالت عادی و طبیعی خارج کند. پرتو درهر برخورد بخشی از انرژی خود را از دست می دهد و در نهایت متوقف می شود. برای مثال پرتو های آلفا و پرتون پس از متوقف شدن از حالت پرتوی خارج شده به هسته اتمی تبدیل می گردند. پرتوها می توانند ذره یا امواج الکترومغناطیسی باشند.
اصول کلی حفاظت در برابر پرتو زا: پرتو گیری بدن از مواد پرتوزا می تواند منبع داخلی یا خارجی داشته باشد. ولی برای حفاظت از پرتوها باید به حفاظت از بدن در برابر ورود مواد پرتو زا به بدن توجه کرد و این امر مستلزم این است که محیط اطراف از مواد پرتوزا عاری باشد و در صورت آلودگی محیط باید راههای ورود آلودگی به بدن مسدود شود. خطر شیمیایی آلودگی یک ماده به مراتب کمتر از خطر آلودگی همان ماده پرتو زا است. لذا تکنیک کنترل آلودگی محیط به مواد پرتوزا به مراتب مهمتر از کنترل ترکیبات شیمیایی غیر فعال است.
حداکثر مقادیر مجاز آلودگی
باید توجه داشت که هر مقدار آلودگی حتی آگر به مراتب کمتر از حداکثر میزان آلودگی مجاز می باشد باز هم کاملا بی خطر و بدون عارضه نمی باشد. برای آب و هوا حدود آلودگی مجازی که بدن انسان می تواند تحمل کند و برای بدن عارضه ای پیش نیاید تعیین شده است.
نکات اساسی در تعیین مقادیر مجاز آلودگی:

• تمام محاسبات ، با منظور کردن خصوصیات اندامهای یک انسان با هیکل استاندارد (70 کیلوگرم وزن و 170 سانتی متر قد) انجام می شود.
• برای تعیین حداکثر آلودگی مجاز در آب ، محاسبات بر اساس میزان مصرف و دفع روزانه آب از بدن انجام می شود.
• حداکثر آلودگی مجاز در هوا بر اساس میزان استنشاق هوا در محیط کار حساب می شود.
• طرز توزیع ماده پرتوزا در اندام در مجموع پرتوزاهایی که می توانند در اندام خاصی جایگزین شوند منظور می گردد.
• نوع و همچنین نیمه عمر فیزیکی و نیمه عمر بیولوژیکی و بالاخره نیمه عمر موثر ماده پرتوزا در نظر گرفته می شود.
• کلیه محاسبات بر اساس حداکثر مجاز پرتو گیری بدن انجام می شود.

پرتوزاهای آلوده کننده محیط:
مواد پرتوزای آلوده کننده محیط زیست به دو دسته طبیعی و مصنوعی تقسیم می شوند و آلوده کننده های طبیعی همان عناصر رادیو اکتیو موجود در طبیعت هستند و آلوده کننده های مصنوعی خود به سه گروه تقسیم می شوند. اول پرتوهای ناشی از انفجارهای هسته ای دوم زباله ها و پسمانهای اتمی و سوم پرتوزاهایی که در راکتورهای هسته ای و شتابدهنده ها تولید می گردند.
کنترل آلودگی هوا
مواد پرتوزا به دلیل تنفس هوای آلوده ، خوردن مواد آلوده و یا به علت آلوده شدن پوست به مواد رادیو اکتیو ، وارد بدن شده و موجب پرتو گیری آن می گردند. می توان از ورود مواد پرتوزا از راه های بلع و آلودگی پوستی ممانعت کرد. ولی برای جلوگیری از ورود این مواد به بدن از راه استنشاق ، بهترین را ه ، جلوگیری از آلوده شدن هوای مورد استنشاق است که انجام آن در محیطهای کار الزامی و اجتناب ناپذیر است. در محل های محدود و سربسته ای که احتمال آلودگی هوا وجود دارد الزاما بایستی میزان آلودگی بطور مداوم تحت کنترل باشد. موثرترین راه برای کاهش میزان آلودگی هوا در چنین محل هایی خارج کردن هوای آلوده و رقیق کردن و پخش کردن آنها در هوای آزاد است. در محل هایی که از چشمه های بار پرتوزا استفاده می شود بهترین راه برای جلوگیری از آلوده شدن هوای مورد استنشاق این است که کلیه عملیات بر روی آنها در محفظه ای با فشار منفی (فشار کمتر از فشار محیط) انجام شود برای اینکار هوای داخل محفظه بوسیله هواکش مکیده می شود و پس از عبور از ورقه های صافی به خارج فرستاده می شود. برای جلوگیری از ورود مجدد آن به محل اولیه و یا به محل های مجاور عمل تخلیه هوا در ارتفاع مناسبی انجام می گیرد. قسمت هواکش دستگاه در انتهای آن قرار داده می شود تا در صورت وجود منفذ یا سوراخ هوای آلوده نتواند به خارج سرایت کند. در صورتیکه تخلیه هوای آلوده به خارج از محیط کار ممکن نباشد با گذراندن هوای آلوده از صافی های مناسب و مطمئن ، آلودگی از هوا گرفته می شود و هوای نسبتا پاک مجددا به همان محل اولیه برمی گردد.
در صورتی که در هوای آلوده گاز رادیو اکتیوی وجود نداشته باشد نظر به اینکه جذب آن بوسیله صافی های معمولی امکان پذیر نیست بایستی نخست هوا از روی مواد جاذب گاز عبور داده شود و سپس بوسیله سیستم تهویه مناسب ، در هوای باز تخلیه گردد.
اصول حفاظت فردی
پس از اینکه تمام اقدامات لازم جهت کنترل آلودگی هوا به مواد پرتو زا انجام شد باز لازم است که هر فرد جهت رعایت بهداشت و حفظ سلامتی خود از روشها و وسایل خاص استفاده کند. و از ورود مواد پرتوزا به بدنش جلوگیری کند.
بهترین وسیله برای جلوگیری از ورود مواد پرتوزا به بدن از راه استنشاق استفاده از ماسک های مخصوص است.
بدون جلوگیری از ورود مواد پرتوزا به بدن از راه دهان باید خوردن و آشامیدن در محیط کار اکیدا ممنوع باشد. همچنین توصیه شده که در محل های آلوده باید از انجام هر عملی که احتمالا موجب انتقال آلودگی به دهان می شود مانند سیگار کشیدن و حتی استفاده از تلفن در محل کار خود داری شود.
برای جلوگیری از جذب مواد پرتوزا به بدن از راه پوست از دستکش های نازک پلاستیکی یکبار مصرف ، روپوش ، کلاه و کفش نایلونی یکبار مصرف یا پارچه های قابل شستشو و همچنین از کرمهای ساده جهت پوشش دادن قسمت باز و بدون حفاظ سطح بدن استفاده می شود. استفاده از این وسایل هنگام کار و استحمام پس از انجام کار بخش مهمی از حفاظت فرد را تامین می کند. پس از ورود مواد پرتوزا به بدن و جایگزین شدن آن در اندامی از بدن جلوگیری از اثر بیولوژیکی آن محدود به دفع سریع این مواد از بدن است که این کار تقریبا غیر ممکن است.
است. این نوع سوئیچ کردن به ویژه در مدارهای رجیت می مفید است.

خواص تابش الکترو مغناطیسی

تعریف کلی:
تابش الکترو مغناطیسی ، نوعی انرژی است که از درون فضا با سرعت بی نهایت زیاد ، عبور می کند. این تابش ، ممکن است اشکال متعددی به خود گیرد که نور و تابش حرارتی ساده ترین شکل قابل تشخیص آن هستند. شکلهایی که کمتر واضح اند ، عبارت هستند از تابشهای اشعه ایکس ، ماورا بنفش ، میکرو ویو و رادیویی.
خواص تابش الکترو مغناطیسی:
برای اینکه بتوانیم بسیاری از خواص تابشی الکترو مغناطیسی را مشخص کنیم ، مناسب است که یک طبیعت موجی برای انتشار آن در نظر بگیریم . این امواج را توسط پارا مترهایی نظیر سرعت ، فرکانس ، طول موج و دامنه ترسیم کنیم. مع ذالک ، بر خلاف سایر پدیده های موجی نظیر صدا ، تابش الکترو مغناطیسی احتیاجی به هیچ محیط مادی برای عبور ندارند و به آسانی از درون خلا می گذرد. الگوی موجی تابش در توجیه پدیده های مربوط به جذب یا نشر انرژی تابشی ، با شکست کامل روبرو می شود. برای توجیه این فرایند ها لازم است که به تابش الکترو مغناطیسی به صورت ذرات مجزای انرژی به نام فوتون بنگریم ، انرژی فوتون متناسب با فرکانس تابش است. این نگرش دو جنبه ای تابش ، به صورت ذره و به صورت موج ، انحصاری نیست. در واقع ظهور این دوگانگی توسط مکانیک موجی به اثبات رسیده است و می بینیم که در مورد پدیده های دیگری نظیر رفتار جریانهایی از الکترونها و یا ذرات بنیادی دیگر نیز صدق می کند.
خواص موجی تابش الکترو مغناطیسی:
تابش الکترومغناطیسی به راحتی مانند یک میدان الکتریکی با متناوی در فضا رفتار می شود. همراه با میدان نیروی الکتریکی اما عمود بر آن ، یک میدان نیروی مغناطیسی وجود دارد. خواص موجی تابش می تواند توسط بردارهای الکتریکی و مغناطیسی نشان داده شود که هر دو بردار ، سینوسی اند و عمود بر جهت انتشار می باشند. این میدان الکتریکی تابش الکترومغناطیسی است که با الکترونهای ماده ، تاثیر متقابل دارد ؛ در نتیجه ؛ نمایش تابش با تنها بردار الکتریکی ، برای بیشتر مقاصد کافی است.

• تداخل:

همان طور که در مورد سایر پدبده های موجی مشاهده می شود ، موجهای الکترو مغناطیسی نیز هنگام افتادن روی هم ، می توانند تحت برخی شرایط یر یکدیگر تاثیر متقابل کنند. این تاثیر متقابل ، تولید یک موج برآیند می کند که شدت آن بسته به فلزهای امواج سازنده ، یا تقویت می شود ویا کاهش می یابد. حداکثر تداخل تخریبی وقتی اتفاق می افتد که دو موج 180 درجه خارخ از فاز باشند و حداکثر تداخل سازنده ، زمانی رخ میدهد که موجها دقیقا هم فاز باشند.

• پراش تابش:

تابش الکترو مغناطیسی معمولا در مسیر های مستقیم حرکت می کند. مع ذالک وقتی که یک دسته شعاع از یک لبه تیز رد شود و یا از درون یک دهانه باریک عبور کند ، قسمتی از آن در ناحیه ای ظاهر می شود که قاعدتا می بایستی در سایه جسم در مسیر عبور خود قرار می گرفت. این خمش تابش ، نوعی پراش است و نتیجه مستقیم تداخل می باشد.
تابش همدوس:
برای اینکه دو دسته شعاع ، همدوس باشند ، باید دارای دو شرط باشند: اول اینکه دو دسته شعاع باید دارای فرکانس و طول موج برابر باشند و دوم اینکه رابطه فازی بین موجها یا مجموعه های موجها در تمام فواصل از منبع ، باید ثابت باشد. در صورتیکه دو تابش غیر همدوس باشند ، هیچ تداخلی بین آنها صورت نمی گیرد.
خواص ذره ای تابش:

• انرژی تابش الکترومغناطیسی:

در بعضی از تاثیرات متقابل تابش با ماده ، احتیاج است که تابش را به صورت بسته هایی از انرژِی به نام فوتونها با کوانتومها تلقی کرد. انرژی فوتون به فرکانس تابش بستگی دارد و بر طبق رابطه زیر بیان می شود:

E = hf

که در آن h ثابت پلانک و f فرکانس تابش است.
انرژی مربوط به یک فوتون اشعه X در حدود ده هزار برابر بزرگتر از انرژی فوتون نشر شده توسط یک سیم داغ تنگستن است. به خاطر اینکه فوتون اشعه X دارای طول موجی تقریبا نصف طول موج فوتون سیم داغ تنگستن است.

• اثر فتو الکتریک:

با ملاحظه اثر فتو الکتریک ، می توان احتیاج به داشتن یک مدل ذره ای را برای توصیف رفتار تابش الکترومغناطیسی مشاهده کرد. وقتی که تابش با انرژی کافی به یک سطح فلزی برخورد می کند ، الکترونهایی نشر می شوند. انرژی الکترون نشر شده بر طبق رابطه زیر با فرکانس تابش تابنده مرتبط است:

E = hf - w
که در آن w تابع کار ، مقدار کاری است که برای خارج کردن الکترون از فلز به خلا مورد نیاز است. در حالیکه E مستقیما به فرکانس بستگی دارد ، ولی به طور کامل مستقل از شدت دسته اشعه است و افزایش در شدت فقط باعث افزایش در تعداد الکترونهای نشر شده با انرژی E می شود.

• مقدار کار W لازم است برای نشر الکترونها از هر فلز ، مشخصه آن فلز است. فلزات قلیایی ، توابع کار پایینی دارند و وقتی که در معرض تابش اشعه ای در ناحیه مرئی قرار گیرند ، الکترون نشر می کنند. فلزات سنگینتر نظیر کادمیم دارای توابع کار بزرگتر هستند و برای نشان دادن اثر فتو الکتریک از خود ، احتیاج به تابش پر انرژی تر ماورا بنفش دارند. اثر فتو الکتریک اهمیت عملی زیادی در آشکارسازی تابش با فوتون ها دارد.
• واحدهای انرژی:

انرژی یک فوتون که توسط یک نمونه از ماده ، جذب یا نشر می شود ، می تواند به جدایی انرژی بین دو حالت اتمی یا مولکولی یا به فرکانس حرکت مولکولی یک جز سازنده ماده ، مرتبط شود. به این دلیل اغلب مناسب است که تابش را با واحدهای انرژِی یا بر حسب فرکانس ) HZ (یا عدد موجی Cm-1) (که مستقیما متناسب با انرژی اند ، شرح دهیم. از طرف دیگر ، اندازه گیری تجربی تابش غالبا بر حسب واحدهای عکس طول موج مربوطه بیان می شود. یک شیمیدان باید در تبدیل واحدهای متفاوتی که در طیف بینی مورد استفاده قرار می گیرند ، ماهر شود. الکترون ولت) ev (واحد انرژی است که معمولا برای توصیف انواع پر انرژی تر تابش نظیر اشعه X یا ماورا بنفش به کار می رود. الکترون ولت مقدار انرژی است که یک الکترون برای افت از پتانسیل معادل یک ولت لازم دارد.



نقطه کار و محدودیت کار ترانزیستورها:

دید کلی:

تحلیل یا طراحی یک تقویت کننده ترانزیستوری مستلزم داشتن اطلاعاتی درباره پاسخ ac و dc ترانزستور است. اغلب فرض می شود که ترانزستور سطح ac ورودی را بدون دریافت انرژی خارجی افزایش می دهد. در عمل افزایش توان ac خروجی نتیجه تغییر شکل انرژی دریافت شده از منابع ولتاژ dc است. از این رو تحلیل یا طراحی هر تقویت کننده الکترونیک شامل دو قسمت ac و dc است.
نقطه کار یا نقطه سکون
در تقویت کننده های ترانزیستوری جریان دو ولتاژ dc تعیین کننده نقطه کار ترانزیستور و نیز تعیین کننده ناحیه تقویت کنندگی سیگنال ورودی می باشد از آنجا که نقطه کار یک نقطه ثابت بر مشخصه هاست این نقطه همچنین نقطه سکون یا به اختصار Q نامیده می شود.
ناحیه کار ترانزیستورها

• ناحیه خطی و فعال: در این ناحیه بیس – امیتر (دیود امیتر) بطور مستقیم و بیس کلکتور (دیود کلکتور) به طور معکوس تغذیه می شود.
• ناحیه قطع: در این ناحیه بیس امیتر (دیود امیتر) بطور معکوس تغذیه می شود یعنی جریان بیس برابر صفر است. و جریان خروجی کلکتور بسیار ناچیز است. و برابر جریان معکوس اشباع می باشد.
• ناحیه اشباع: در این ناحیه هر دو دیود بیس – امیتر ( دیود امیتر) و دیود کلکتور بصورت مستقیم تغذیه می شوند در این حالت است که جریان خروجی کلکتور به ماکزیمم مقدار خود می رسد. و ولتاژ کنتور امیتر از ولتاژ کنتور امیتر اشباع کمتر است.
• ناحیه غیر مجاز: دراین ناحیه ماکزیمم مقادیر بوسیله یک خطی افقی برابر حداکثر جریان کلکتور و با یک خط عمودی برای حداکثر ولتاژ کلکتور امیتر تعیین می شود. کار دراین ناحیه باعث اتلاف بیشتر و کوتاه شدن عمر قطعه یا باعث خرابی آن می شود. لذا از انتخاب نقطه کار دراین ناحیه بایستی اجتناب کرد.

طراحی مدارهای سوئیچینگ و تغذیه
در طراحی مدارهای سوئیچینگ ترانزیستوری از ناحیه اشباع و قطع منحنی مشخصه بهره می جویند تا از حالت قطع به حالت اشباع سوئیچ نماید. ناحیه تقویت کنندگی یک سیگنال ورودی ناحیه خطی و ناحیه فعال انتخاب می شود که منحنی ها بصورت خطی باشد و مدار تغذیه باید طوری طراحی گردد که قطعه در یکی از این نقاط در ناحیه فعال قرار گیرد. اما مناسب ترین نقطه نقطه کار ترانزیستور می باشد زیرا به خاطر بهره خطی بالاترین امکان نوسان برای جریان و ولتاژ در این نقطه وجود دارد.


طیف سنجی فلوئورسانس ( Fluorescence spectrophotometry )

دید کلی:
بسیاری از سیستم های شیمیایی ، فتو اومینسانس هستند. یعنی این سیستم ها می توانند توسط تابش الکترومغناطیسی برانگیخته شوند و متعاقب آن ، تابشی یا با همان طول موج یا با طول موج دیگر، مجددا نشر کنند. دو نوع از متداول ترین وجوه ( فتولومینسانس ) ( فلوئورسانس ) و ( فسفر سانس ) است. این دو تابش ، توسط فرایندهای مکانیکی متفاوتی تولید می شوند. این دو پدیده را می توان به طور تجربی با مشاهده طول عمر حالت برانگیخته ، از یکدیگر تمییز داد. در مورد فلوئور سانس ، فرآیند لومینسانس تقریبا بلافاصله پس از قطع تابش ، متوقف می شود ، اما فسفر سانس معمولا برای مدت زمانی که به آسانی قابل آشکارسازی است ، دوام می آورد.
استفاده تجربی از فلوئورسانس و فسفرسانس : ( Fluorescence & Phosphorescence )
اندازه گیری شدت فلوئورسان ، تعیین کمی مقدار بسیار کم تعداد زیادی از گونه های معدنی و آلی را امکانپذیر می سازد. تعداد زیادی روشهای فلوئورسانس سنجی مفید ، به خصوص برای سیستم های زیستی ، موجود است. یکی از جالبترین وجوه فلوئورسانس سنجی ، حساسیت ذاتی آن است. حد پایین اندازه گیری توسط این روش اغلب با ضریب 1/0 یا بهتر ، کمتر از حد پایین اندازه گیری توسط یک روش جذبی است و این حد در گستره بین چند هزارم تا شاید یک دهم یک قسمت در ملیون ( 1/0 از ppm ) قرار می گیرد.
به علاوه گزینش پذیری این روش حداقل به خوبی و احتمالا بهتر از سایر روشها است. مع ذالک ، فلوئورسانس سنجی کمتر از روشهای جذبی مورد استفاده قرار می گیرد ، زیرا تعدا نسبتا محدودی مستقیمهای شیمیایی وجود دارند که می توانند فلوئورسانس تولید کنند. فسفرسانس نیز تنها در حد بسیار محدودی در میائل تجزیه ای به کار گرفته می شود.
نظریه فلوئورسانس:
مثالهایی از رفتار فلوئورسانس را می توان در سیستم های ساده و همچنین در سیستم های پیچیده شیمیایی ،در حالت گازی ، مایع و جامد مشاهده کرد. ساده ترین نوع فلوئورسانس ، توسط بخارات اتمیرقیق به نمایش گذارده می شود. به عنوان مثال ، الکترونهای اتم های سدیم بخارشده ، می توانند با جذب تابش و به حالت برانگیخته شوند. پس از سپری شدن به طور متوسط ثانیه ، الکترونها به حالت عادی بر می گردندو در ضمن این عمل ، تابش با همان دو طول موج را در کلیه جهات منتشر می کنند. این نوع فلوئورسانس که در آن تابش جذب شده بدون تغییر دوباره منتشر می شود ، به تابش رزونانسی یا فلوئورسانس رزونانسی مشهور است.
در مورد مولکولها یا یونهای چند اتمی نیز تابش رزو نانسی به وقوع می پیوندد. مضافا اینکه تابش مشخصه با طول موج های طولانی تر نشر می شود. این پدیده به نام جابجایی استوکس معروف است.
تقریبا تمام سیستم های فلوئورسانس برای تجزیه مفیدند ، ترکیبات پیچیده عالی هستند که حاوی یک یا چند گروه عاملی آروماتیک می باشند.
اندازه گیری فلوئورانس:
اجزا سازنده مختلف دستگاه های اندازه گیری فلوئورسانس ، مشابه اجزا سازنده نورسنج ها می باشند. تابش یک منبع مناسب از درون یک تک فام ساز می گذرد که وظیفه آن عبور بخشی از پرتو است که فلوئور سانس را بر می انگیزد و طول موج هایی را که متعاقبا توسط نمونه نور داده شده تولید می شوند ، حذف می کند. تابش فلوئورسان ، توسط نمونهدر تمام جهات نشر می شود ، اما مناسبترین زاویه مشاهده آن ، زاویه قائمه نسبت به تابش تحریک است. در بقیه زوایا ، افزایش پراکندگی توسط محلول و دیواره های سلول احتمالا منجر به خطاهای بزرگی در اندازه گیری شدت فلوئورسان می شود. تابش منتشره پس از عبور از درون یک سیستم صافی یا تک فام ساز دوم که پیک فلوئورسان را مجزا می کند ، به یک آشکارساز فتوالکتریک می رسد. خروجی آشکارساز تقویت می شود و بر روی یک ثبات یا یک نوسان نما نمایش داده می شود.
فلوئورسان سنج ها در این مورد با نور سنجها وجه اشتراک دارند که در آنها نبز برای محدود کردن طول موج های پرتو تحریک و نشر ، صافی به کار گرفته می شود.
طیف فلوئورسانس سنجها:
این طیف فلوئورسانس سنجها ، بر دو نوعند ؛ نوع اول یک صافی مناسب را برای محدود کردن تابش تحریک و یک تک فام ساز شبکه ای یا منشوری را برای مجزا کردن یک پیک نشری فلوئورسان به کار می گیرد. چندین طیف نورسنج تجاری را با دستگاه های رابطی که امکان استفاده از آنها را بدین منظور میسر می سازد، می توان خریداری کرد. طیف فلوئورسانس سنجهای واقعی دستگاه هایی اختصاصی هستند که مجهز به دو تک فام ساز می باشند. یکی از این تک فام سازها تابش تحریک را به یک نوار باریک محدود می سازد ؛ تک فام ساز دیگر امکان مجزا کردن یک طول موج فلوئورسان بخصوص را فراهم می سازد. گزینش پذیری فراهم شده توسط این دستگاه ها در تحقیقات مروط به مشخصات الکترونی و ساختمانی مولکولها اهمیت زیادی دارد و در کارهای تجزیه ای نیز ارزشمند است. در حقیقت ، فلوئورسان سنجهای بالنسبه ارزان قیمتی اختصاصا برای رفع مشکلات سنجشی خاص تجزیه های فلوئورسان طراحی شده اند که اغلب همان ویژگی و گزینش پذیری طیف نورسنجهای پیشرفته را دارند.
اجزا سازنده فلوئورسانس نجها و طیف فلوئو.رسانس سنجها:

• منابع: در بیشتر کاربردها به منبعی نیاز است که نسبت به لامپ های تنگستن یا هیدروژن که در اندازه گیریهای جذبی مورد استفاده قرار می گیرند ، دارای شدت بیشتری باشد. معمولا یک لامپ کمان جیوه ای یا گزنونی به کار گرفته می شود.
• صافیها و تک فام سازها: صافی های تداخلی و جذبی هر دو ، در فلوئورسانس سنجها به کار برده شده اند. بیشتر طیف فلوئورسانس سنجها به تک فام سازهای شبکه ای مجهزند.
• آشکارسازها: علامت فلوئورسان نوعی ، دارای شدت کمی است و بنابراین برای اندازه گیری آن به ضرایب تقویتی بزرگی نیاز داریم. در دستگاه های فلوئورسانس حساس ، از لوله های فتو تکثیر کننده به عنوان آشکارساز در مقیاس وسیعی استفاده می شود.
• سلولها و محفظه های سلولها: سلولهای استوانه ای و مستطیلی ساخته شده از شیشه و سلیس هر دو در اندازه گیری های فلوئورسانس به کار گرفته می شوند. باید نهایت دقت در طرح محفظه سلول به عمل آید تا مقدار تابش پراکنده ای که به آشکارساز می رسد کم شود. برای این منظور اغلب تیغه هایی در داخل محفظه گذاشته می شود.

مباحث مرتبط با عنوان:

• کاربردهای فلوئورسانس سنجی
• منبع نورانی
• صافی ها یا تک فام سازها در طیف سنجی
• آشکارساز در طیف سنجی
• طیف سنجی جذب اتمی
• روشهای تجزیه کمی
• محفظه نمونه در طیف سنجی
• طیف سنجی نشر اتمی
• شیمی تجزیه