میدان های مغناطیسی می توانند گرما و صدا را کنترل کنند

Magnetic Fields Can Control Heat And Sound; March 24, 2016 | by Joseph Heremans
http://www.iflscience.com/physics/magnetic-fields-can-control-heat-and-sound-0
image-20150323-17699-e7afqt_0
{مغناطیس ها دارای نیروهای مرموزی هستند-حالا دریافته ایم که بر گرما و صدا تاثیر می گذارند}

صدا با ارتعاش دوره ای اتم های گازها، مایعات و جامدات منتقل می شود. هنگامی که با یکدیگر صحبت می کنیم تارهای صوتی گوینده مرتعش می شوندکه سبب می شود هوایی که از ریه های او می آید بهمان ترتیب مرتعش گردد. این امر، امواج صوتی ایجاد می کند که سپس از طریق هوا منتشر می شوند تا به پرده گوش های شنونده بخورند و آنها را هم مرتعش سازند. از این ارتعاشات، شنونده می تواند واژگان گوینده را بازسازی کند.
صدا تحت تاثیر محیطی در ان سفر می کند و نیز بسامد امواج صوتی قرار دارد. ما ابزارهای موسیقیایی را طراحی می کنیم تا امواج صوتی را که تولید می کنندکنترل کنیم. بعلاوه می دانیم که امواج صوتی وجود دارند که خارج از دامنه شنوایی انسانی هستند نظیر امواجی صوتی که بوسیله سوت سگی تولید می شود. همانطور که فیزیکدانان درباره صدا هم در داخل و هم خارج از دامنه شنوایی انسان بررسی کرده اند ویژگی های جالبی کشف شده است.
بیش از یکصد سال پیش، فیزیکدانان فهمیدند که گرما سادگی انرژی ذخیره شده در ارتعاشات اتم هاست و بنایراین گرما و صدا با هم مرتبطند. حالا در آزمایشگاه من برای نخستین بار در یک آزمون تجربی نشان داده شده است که ارتعاشات اتمی ویژگی های مغناطیسی نیز دارند.

معلومات ما درباره صدا
در دهه 1930، فیزیکدانان شروع به ساخت مدل ارتعاشات اتمی بصورت ذرات کردند. این مشابه همان فرضیه نور همبعنوان موج و هم بعنوان ذره است که ما فوتون می نامیم. فیزیکدانان ذرات موج صوتی را «فونون» نامیدند که از واژه یونانی برای صدا ریشه گرفته است.
امروزه، فیزیکدانان فونون ها را بعنوان شبه ذرات می دانند که هم خواص موجی دارند و هم خواض ذره ای. فونون ها هم صدا و هم گرما را حمل می کنند. در فلزات، گرما در اصل توسط حرکت الکترون ها در اتم ها حمل می شود. با این همه در سایر مواد، گرما تقریبا بطور انحصاری توسط فونون ها حمل می شود.
بنابراین خواص مکانیکی، صوتی(اکوستیک) و گرمایی امواج صوتی مدتهاست معلوم شده است. با این وجود، پیش از این هیچکس تا حال تصور نمی کرد که امواج صوتی خواص مغناطیسی هم داشته باشند.
image-20150323-17699-116cyry
{یک دوشاخه تنظیم کننده یک طرفه، که از نیمه هادی انتیموناید ایندیوم ساخته شده و در آزمایش بکار رفته است.}

گرما، صدا… و مغناطیس؟

در نشریه نیچر متریالز(Nature Materials) منتشر شده در بیست و سوم مارچ، اینکه امواج صوتی با میدان های مغناطیسی خارجی نیز برهمکنش دارند بصورت تجربی ثابت شده است.
این آزمون بر یک کریستال منفرد و بزرگ از یک نیمه هادی بسیار خالص، انتیموناید ایندیوم انجام شد که در دو بخش نابرابر بریده شده و سپس تا حدود منفی 445 فارنهایت(برابر با منفی 265 درجه سیلیسیوس) سر شده بود. یک مقدار جریان گرمای کنترل شده بر هر بخش بصورت مجزا عبور داده شد. در این دماها، می توان فونون ها را بعنوان ذرات منفرد تصور کرد نظیر دونده هایی در یک مسیر مسابقه که هر کدام سطل کوچکی از گرما را حمل می کنند.
در بخش کوچک، فونون ها اغلب به سوی دیوارها می دویدند که حرکت آنها را آهسته می کرد. از بخش کوچک بعنوان یک مرجع استفاده می شد تا ازمون تجربی مستقل از سایر خواص جامدات انجام شود که ممکن بود مداخله کنند. در بخش بزرگ، فونونها می توانند سریع تر بروند و آنها آنقدر بسوی دیوارها نمی دویدند که بسوی یکدیگر می دویدند. هنگامی که ما بک میدان مغناطیسی بکار بردیم، تمایل داشتند بیشتر بسوی یکدیگر بدوند. چون میدان مغناطیسی تعداد تصادمات را افزایش می دهد همچنین نشان می دهد که فونون ها را آهسته تر می کند و مقدار گرمایی که حمل می کنند تا 12 درصد کاهش می دهد.
ما تصور می کنیم این امر ب این دلیل است که الکترون ها در مدارهایی در اطراف هر اتم در جامدات می گردند. حرکت اوربیتالی این الکترون ها کی مقدار خیلی کوچک مغناطیس ذاتی منتشر می کند که با میدان مغناطیسی بکار رگفته شده خارجی برهمکنش دارد- تاثیری که «دیامغناطیس» نامیده می شود. این ویژگی ختی در موادی که بطور سنتی آنها را بعنوان اهن ربا در نظر نمی گیریم وجود دارد نظیر شیشه، سنگ یا پلاستیک. هنگامی که اتم ها بدلیل عبر فونون ها مرتعش می شوند، این برهمکنش نیرویی بر اتمها ایجاد می کند که سبب می شود فونون ها با یکدیگر بیشتر تصادم کنند.

با این نتایج چه می توان کرد؟

در این مقطع، فقط فرضیه جدیدی را مطرح کرده ایم، چیزی که پیش از این در موردش فکر نشده بود.مهندسان شاید بتوانند از این نظریه برای کنترل مغناطیسیِ امواج صوتی و گرمایی استفاده کنند. پیش از این امواج صوتی را با استفاده از منابع چندگانه صوتی، می توان بشیوه کارامدی هدایت کرد همان گونه که در سامانه های تصویری اولتراسوند، اما کنترل هدایت گرمایی بسیار سخت تر است.
تبدیل گرما به نیروی الکتریسیته یا مکانیکی همانطور که در موتورها و در ایستگاه های نیرو انجام می شود بیش از نود درصد انرژی مورد استفاده را ذخیره می کند. بنابراین امکان کنترل امواج گرمایی بطور دلخواه می تواند تاثیر بسیار بزرگی بر تولید انرژی داشته باشد گر چه روشن است هنوز راه درازی را برای کاربردهای این فرضیه جدید در آینده باید پیمود.

Advertisements

پاسخی بگذارید

در پایین مشخصات خود را پر کنید یا برای ورود روی شمایل‌ها کلیک نمایید:

نشان‌وارهٔ وردپرس.کام

شما در حال بیان دیدگاه با حساب کاربری WordPress.com خود هستید. بیرون رفتن / تغییر دادن )

تصویر توییتر

شما در حال بیان دیدگاه با حساب کاربری Twitter خود هستید. بیرون رفتن / تغییر دادن )

عکس فیسبوک

شما در حال بیان دیدگاه با حساب کاربری Facebook خود هستید. بیرون رفتن / تغییر دادن )

عکس گوگل+

شما در حال بیان دیدگاه با حساب کاربری Google+ خود هستید. بیرون رفتن / تغییر دادن )

درحال اتصال به %s