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 اتم‌ها در گازها، مایعات و جامدات حمل می‌شود. وقتی ما با هم صحبت می‌کنیم، آکوردهای صوتی گوینده مرتعش می‌شوند و باعث می‌شوند هوایی که از ریه‌های گوینده بیرون می‌آید هم ارتعاش یابد. به این ترتیب امواج صوتی ایجاد می‌شوند و در هوا منتشر می‌شوند تا به پرده گوش شنونده برخورد کنند و باعث ارتعاش آن شوند. در نتیجه همین ارتعاشات است که شنونده می‌تواند کلمات طرف مقابلش را بازسازی کند.

جهان علم جهان کشف ارتباط پدیده‌ها با یکدیگر است و اینبار ارتباط امواج صوتی و میدان‌های مغناطیسی کشف شده است
جهان علم جهان کشف ارتباط پدیده‌ها با یکدیگر است و اینبار ارتباط امواج صوتی و میدان‌های مغناطیسی کشف شده است

صوت از محیطی که در آن منتشر می‌شود و فرکانس امواج صوتی تاثیر می‌پذیرد. انسان‌ها از قرن‌ها پیش ابزار موسیقی طراحی کرده اند تا بتوانند امواج صوتی که با این دستگاه‌ها تولید می‌شوند را دستکاری کنند. گذشته از این همه ما می‌دانیم 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 می‌کنند، خواص و ویژگی‌های جالبی در این زمینه کشف شده است.

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

تاریخچه شناخت امواج صوتی

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

در ساختنی بخوانید :  استفاده بیش از حد از بازی های رایانه ای و تغییر ساختار مغز !

امروزه فیزیک دانان با فونون‌ها بصورت شبه ذرات رفتار می‌کنند که هم ویژگی ذرات و هم ویژگی امواج را دارند. فونون‌ها هم صوت و هم گرما حمل می‌کنند. در فلزات، گرما با حرکت الکترون‌های اتم حمل می‌شود. با این حال در سایر مواد، گرما فقط توسط فونون‌ها حمل می‌شوند.

به همین خاطر خواص مکانیکی، آکوستیکی و گرمایی امواج صوت مدت‌هاست که ایجاد شده اند. تا پیش از این هیچکس تصور نمیکرد امواج صوتی می‌توانند 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 میدان‌های مغناطیسی خارجی طراحی کرده اند.

این آزمایش روی یک نیمه‌هادی بسیار خالص، بزرگ و تک کریستال به نام ایندیم آنتیمونید انجام می‌شود که به دو قسمت نامساوی بریده می‌شود و سپس تا دمای 265- سانتیگراد سرد می‌شود. مقدار مشخص و کنترل شده ای از گرما تهیه می‌شود تا در هر دو تکه بصورت جداگانه جریان یابند. در این دما، فونون‌ها به عنوان ذرات انفرادی شناخته می‌شوند و درست مثل دونده‌هایی هستند که هر کدام یک سطل گرما حمل می‌کنند.

در قسمت کوچکتر، فونون‌ها به سمت دیواره‌ها حرکت می‌کنند که حرکت آنها را کند می‌کند. بخش کوچک به عنوان مرجع استفاده می‌شود تا آزمایش را از سایر خواص جامدی که ممکن است تداخل داشته باشد، مستقل کنند. در قسمت بزرگ، فونون‌ها سریعتر حرکت می‌کردند و آنقدری که با هم برخورد می‌کنند به دیواره‌ها برخورد نمی‌کنند. وقتی یک میدان مغناطیسی به آزمایش اضافه می‌کنیم، حرکت آنها به سمت یکدیگر بیشتر می‌شود. چون میدان مغناطیسی تعداد برخوردها را افزایش می‌دهد، سرعت فونون‌ها کم می‌شود و میزان گرمایی که توسط این فونون‌ها حمل می‌شود تا 12 درصد کاهش می‌یابد.

در ساختنی بخوانید :  آب موجود در زمین قبل از تشکیل خورشید هم وجود داشته است
تصویرسازی گرم شدن یک ماده جامد با فونون. فونون با اتم نارنجی وسط ماده که از طریق یک اتصال فنری شکل به سایر اتم‌ها وصل شده است، برخورد می‌کند نتیجه عبور فونون‌ها شدت میدان مغناطیسی که به رنگ سبز نشان داده شده است را بیشتر می‌کند
تصویرسازی گرم شدن یک ماده جامد با فونون. فونون با اتم نارنجی وسط ماده که از طریق یک اتصال فنری شکل به سایر اتم‌ها وصل شده است، برخورد می‌کند نتیجه عبور فونون‌ها شدت میدان مغناطیسی که به رنگ سبز نشان داده شده است را بیشتر می‌کند

بنظر می‌رسد این کاهش گرما بخاطر الکترون‌هایی است که در مدار دور هر یک از اتم‌های جامد می‌چرخند. حرکت مداری این الکترون‌ها یک میدان مغناطیسی طبیعی بسیار کوچک می‌سازد که با میدان مغناطیسی خارجی تداخل پیدا می‌کند؛ اتفاقی که به آن دیامغناطسیم می‌گویند. این خاصیت حتی در موادی که ما آنها را مغناطیسی نمی‌دانیم – مثل شیشه، سنگ و پلاستیک – هم وجود دارد. وقتی اتم‌ها بخاطر عبور فونون‌ها مرتعش می‌شوند، نیرویی در اتم‌ها ایجاد می‌شود که باث برخوردهای بیشتر و مکرر ذرات با یکدیگر می‌شود.

نتایج این تحقیقات به چه دردی می‌خورد؟

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 علمی‌تعریف کرد. علوم مهندسی می‌تواند از نتایج این تحقیق برای کنترل گرما و امواج صوتی با استفاده از مغناطیس استفاده کند. هم اکنون می‌توان امواج صوتی را با استفاده از منابع مختلف صوت هدایت کرد – همان کاری که در سیستم‌های تصویربرداری سونوگرافی انجام می‌شود – اما کنترل انتقال حرارت بسیار سخت تر از چنین فرایندهایی است.

تبدیل گرما به انرژی الکتریکی یا مکانیکی – کاری که در موتور و ایستگاه‌های برق انجام می‌شود – بیشتر از 90 درصد منابع انرژی مصرفی انسان‌ها را می‌سازد. به همین خاطر توانایی کنترل انتقال حرارت در مسیر دلخواه می‌تواند تاثیر شگفت انگیزی روی تولید انرژی بگذارد.

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

در ساختنی بخوانید :  نشت مواد رادیواکتیو نیروگاهی در نیویورک به آب های زیرزمینی

منبع

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

بیشتر بخوانید:

دست کم دو سیاره بزرگ دیگر هم در منظومه شمسی وجود دارد... آیا امکان دارد جسم دیگری شبیه به پلوتون در نقاط دور از دست منظومه شمسی وجود داشته باشد؟ شاید هم دو سیاره شبیه به پلوتون ؟ امکان دارد دست کم دو س...
چرا گاز زدن فویل آلومینیومی اینقدر درد دارد؟... تا به حال شده در حین خوردن شکلات یک تکه از فویل آلومینیومی آن روی دندان تان برود؟ دردتان آمده است یا نه؟ ما می توانیم جواب شما را پیش بینی کنیم. اگر د...
اخبار علمی : قدیمی ترین سلول خونی جهان در بدن مرد یخی قرار دارد... اوتزی یا مرد یخی یک مومیایی یخ زده 5300 ساله است که در سال 1991 در قله‌های اوتزال در نزدیکی مرز ایتالیا – استرالیا کشف شد. آزمایش های جامعی که روی این...
برای اولین بار میدان مغناطیسی یک سیاهچاله رصد شد... سیاهچاله ها یکی از پدیده های نجومی هستند که بحث پیرامون آنها بسیار زیاد است و هر روز یک تئوری جدید درباره آنها اراه می شود. وقتی دانشمندهای جوان صحبت ...
حیوان عجیب هفته : این دوزیست بدون پا پوست مادرش را میخورد!... در این پست از سری " حیوان عجیب هفته " قصد داریم شما را با زندگی یک دوزیست بدون پا آشنا کنیم که ویژگی ها و رفتارهای عجیبی دارد. شاید عجیب ترین ویژگی ای...
چرا کاهش وزن این قدر سخت است ؟ بدن ما طوری طراحی شده که همیشه به دنبال غذاست و ما برای کنترل این میل، که برای ادامه حیاتمان ضروری است، یک سیستم پیچیده داریم. نتایج تحقیقات تازه نشان...

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 آزمایش‌ها و مشاهدات وسوسه انگیز، دانشمندان برای اولین …

پاسخ دهید