خانه / اخبار / میدان های مغناطیسی می توانند گرما و امواج صوتی را کنترل کنند

میدان های مغناطیسی می توانند گرما و امواج صوتی را کنترل کنند

صدا توسط ارتعاشات دوره ای اتم ها در گازها، مایعات و جامدات حمل می شود. وقتی ما با هم صحبت می کنیم، آکوردهای صوتی گوینده مرتعش می شوند و باعث می شوند هوایی که از ریه های گوینده بیرون می آید هم ارتعاش یابد. به این ترتیب امواج صوتی ایجاد می شوند و در هوا منتشر می شوند تا به پرده گوش شنونده برخورد کنند و باعث ارتعاش آن شوند. در نتیجه همین ارتعاشات است که شنونده می تواند کلمات طرف مقابلش را بازسازی کند.

جهان علم جهان کشف ارتباط پدیده ها با یکدیگر است و اینبار ارتباط امواج صوتی و میدان های مغناطیسی کشف شده است
جهان علم جهان کشف ارتباط پدیده ها با یکدیگر است و اینبار ارتباط امواج صوتی و میدان های مغناطیسی کشف شده است

صوت از محیطی که در آن منتشر می شود و فرکانس امواج صوتی تاثیر می پذیرد. انسان ها از قرن ها پیش ابزار موسیقی طراحی کرده اند تا بتوانند امواج صوتی که با این دستگاه ها تولید می شوند را دستکاری کنند. گذشته از این همه ما می دانیم که امواج صوتی در طبیعت وجود دارند که در محدوده ای فراتر از توان شنوایی انسان هستند؛ مثل امواج صوتی ست سگ. از آنجاییکه فیزیک دانان هم صداهای داخل محدوده شنوایی انسان و هم صداهای بیرون از این محدوده را مطالعه می کنند، خواص و ویژگی های جالبی در این زمینه کشف شده است.

بیش از یکصد سال پیش، فیزیک دانان دریافتند که گرما همان انرژی ذخیره شده در ارتعاشات اتم هاست. همین کشف نشان می داد که گرما و صوت به نحوی با هم مرتبط هستند. اکنون برای اولین بار ثابت شده است که ارتعاشات اتمی خواص مغناطیسی هم دارند.

تاریخچه شناخت امواج صوتی

فیزیک دانان در دهه 1930 شروع به مدلسازی ارتعاشات اتمی به عنوان ذرات کردند. این درست مثل قضیه فوتون هاست؛ نور هم یک موج و هم یک ذره به نام فوتون است. فیزیک دانان ذرات امواج صوت را ” فونون ” می نامند که ریشه در واژه یونانی کلمه صدا دارد.

در ساختنی بخوانید :  اخبار علمی : جزییات بارش شهابی نادر در سیاره مریخ را بخوانید

امروزه فیزیک دانان با فونون ها بصورت شبه ذرات رفتار می کنند که هم ویژگی ذرات و هم ویژگی امواج را دارند. فونون ها هم صوت و هم گرما حمل می کنند. در فلزات، گرما با حرکت الکترون های اتم حمل می شود. با این حال در سایر مواد، گرما فقط توسط فونون ها حمل می شوند.

به همین خاطر خواص مکانیکی، آکوستیکی و گرمایی امواج صوت مدت هاست که ایجاد شده اند. تا پیش از این هیچکس تصور نمیکرد امواج صوتی می توانند خواص مغناطیسی هم داشته باشند.

در این آزمایش از یک رسانای بسیار خالص استفاده شده تا خواص مغناطیسی امواج صوت روشن شود
در این آزمایش از یک رسانای بسیار خالص استفاده شده تا خواص مغناطیسی امواج صوت روشن شود

گرما، صوت و … مغناطیس؟

محققان یک آزمایش برای اثبات تعامل امواج صوت با میدان های مغناطیسی خارجی طراحی کرده اند.

این آزمایش روی یک نیمه هادی بسیار خالص، بزرگ و تک کریستال به نام ایندیم آنتیمونید انجام می شود که به دو قسمت نامساوی بریده می شود و سپس تا دمای 265- سانتیگراد سرد می شود. مقدار مشخص و کنترل شده ای از گرما تهیه می شود تا در هر دو تکه بصورت جداگانه جریان یابند. در این دما، فونون ها به عنوان ذرات انفرادی شناخته می شوند و درست مثل دونده هایی هستند که هر کدام یک سطل گرما حمل می کنند.

در قسمت کوچکتر، فونون ها به سمت دیواره ها حرکت می کنند که حرکت آنها را کند می کند. بخش کوچک به عنوان مرجع استفاده می شود تا آزمایش را از سایر خواص جامدی که ممکن است تداخل داشته باشد، مستقل کنند. در قسمت بزرگ، فونون ها سریعتر حرکت می کردند و آنقدری که با هم برخورد می کنند به دیواره ها برخورد نمی کنند. وقتی یک میدان مغناطیسی به آزمایش اضافه می کنیم، حرکت آنها به سمت یکدیگر بیشتر می شود. چون میدان مغناطیسی تعداد برخوردها را افزایش می دهد، سرعت فونون ها کم می شود و میزان گرمایی که توسط این فونون ها حمل می شود تا 12 درصد کاهش می یابد.

در ساختنی بخوانید :  دانشمندان موفق به مشاهده امواج گرانشی شدند!
تصویرسازی گرم شدن یک ماده جامد با فونون. فونون با اتم نارنجی وسط ماده که از طریق یک اتصال فنری شکل به سایر اتم ها وصل شده است، برخورد می کند نتیجه عبور فونون ها شدت میدان مغناطیسی که به رنگ سبز نشان داده شده است را بیشتر می کند
تصویرسازی گرم شدن یک ماده جامد با فونون. فونون با اتم نارنجی وسط ماده که از طریق یک اتصال فنری شکل به سایر اتم ها وصل شده است، برخورد می کند نتیجه عبور فونون ها شدت میدان مغناطیسی که به رنگ سبز نشان داده شده است را بیشتر می کند

بنظر می رسد این کاهش گرما بخاطر الکترون هایی است که در مدار دور هر یک از اتم های جامد می چرخند. حرکت مداری این الکترون ها یک میدان مغناطیسی طبیعی بسیار کوچک می سازد که با میدان مغناطیسی خارجی تداخل پیدا می کند؛ اتفاقی که به آن دیامغناطسیم می گویند. این خاصیت حتی در موادی که ما آنها را مغناطیسی نمی دانیم – مثل شیشه، سنگ و پلاستیک – هم وجود دارد. وقتی اتم ها بخاطر عبور فونون ها مرتعش می شوند، نیرویی در اتم ها ایجاد می شود که باث برخوردهای بیشتر و مکرر ذرات با یکدیگر می شود.

نتایج این تحقیقات به چه دردی می خورد؟

این مفهوم هنوز خیی تازه است و هدف محققان هم فقط معرفی یک مبحث جدید در زمینه گرما و امواج صوتی بوده است. اما در این مرحله هم میتوان کاربردهای بسیار گسترده ای برای این یافته علمی تعریف کرد. علوم مهندسی می تواند از نتایج این تحقیق برای کنترل گرما و امواج صوتی با استفاده از مغناطیس استفاده کند. هم اکنون می توان امواج صوتی را با استفاده از منابع مختلف صوت هدایت کرد – همان کاری که در سیستم های تصویربرداری سونوگرافی انجام می شود – اما کنترل انتقال حرارت بسیار سخت تر از چنین فرایندهایی است.

تبدیل گرما به انرژی الکتریکی یا مکانیکی – کاری که در موتور و ایستگاه های برق انجام می شود – بیشتر از 90 درصد منابع انرژی مصرفی انسان ها را می سازد. به همین خاطر توانایی کنترل انتقال حرارت در مسیر دلخواه می تواند تاثیر شگفت انگیزی روی تولید انرژی بگذارد.

در ساختنی بخوانید :  تغییرات آب و هوایی و مرزهای سیاره ای وارد منطقه خطر شده اند

تولید انرژی با کنترل گرما و بهره گیری از مغناطیس در حین استفاده از امواج صوتی ایده های بسیار خوبی هستند و می توانند بسیاری از مشکلات انسان را حل کنند. اما بخاطر تازه بودن این مفهوم راه زیادی برای عملی کردن این ایده ها باید طی شود. به همین خاطر راه نرفته زیادی پیش روی محققان علاقه مند به این حوزه جود دارد.

منبع

خلاصه مطلب
میدان های مغناطیسی می توانند گرما و امواج صوتی را کنترل کنند
عنوان مطلب
میدان های مغناطیسی می توانند گرما و امواج صوتی را کنترل کنند
توضیح کوتاه
محققان کشف کرده اند که با میدان های مغناطیسی میتوان امواج صوتی و گرما را هدایت کرد.
نویسنده

بیشتر بخوانید:

حافظه میکروب ها و باکتری ها چطور کار می کند؟... یکی از جذاب ترین صفات و ویژگی های بولوژیکی حافظه و توانایی یادآوری وقایع و خاطرات است. حافظه به ما کمک می کند از زبان استفاده کنیم، راه و جهت جغرافیای...
آیا مغز زنان و مردان واقعا با هم متفاوت است؟... حتما شما هم عبارت "مردان از مریخ آمده اند، زنان از ونوس" را بار ها شنیده اید. به عبارت دیگر، آن قدر رفتار ها و عملکرد های زنان و مردان با هم متفاوت اس...
سنگین‌ترین موجود زنده در جهان، پاندو سنگین ترین موجود زنده در جهان چیست؟  جواب یک فیل یا یک وال آبی نیست بلکه سنگین ترین موجود زنده یک صنوبر لرزان است. این موجود که پاندو (Pando) نام گرفت...
چرا هوش مصنوعی خطری برای انسان ها محسوب نمی شود؟... الون ماسک را می شناسید؟ موسس اسپیس ایکس و تسلا موتوز معتقد است " هوش مصنوعی می تواند از بمب هسته ای هم خطرناک تر باشد ". شاید همین ترس باعث شده 10 میل...
پارادوکس فرمی : آیا فرازمینی ها خودشان را از ما پنهان کرده اند؟... ابتدا به این نکته دقت کنید! جهان ما بسیار بزرگ است،حتما در اخبار علمی شنیده اید،بیش از چهار میلیارد ستاره تنها در کهکشان ما (راه شیری) وجود دارند. فقط...
وقتی سرعت نور هم دیگر کافی نیست! همه ما این جمله را بارها شنیده ایم؛ هیچ چیز سریعتر از سرعت نور نیست. محاسبات انیشتین می گوید سرعت نور 299792 کیلومتر بر ثانیه است. از لحاظ نظری هیچ ما...

درباره عاطفه اسدزاده

عاطفه اسدزاده
عاطفه اسدزاده،یکی از نویسندگان وبسایت ساختنی است.

پیشنهاد می کنیم

امواج گرانشی به دانشمندان اجازه می دهد جهان اولیه و حتی لحظه ایجاد آن را ببینند.

دانشمندان موفق به مشاهده امواج گرانشی شدند!

بعد از یک قرن گمانه زنی و آزمایش ها و مشاهدات وسوسه انگیز، دانشمندان برای …

پاسخ دهید