Thursday, June 18, 2009

ΦΥΣΙΚΗ VI

Ιδανικό αέριο. Θεωρητική παραδοχή ενός αέριου το οποίο αποτελεί το πρότυπο για τη μελέτη της συμπεριφοράς των αερίων κατά ενιαίο τρόπο. Τα μόρια ενός ιδανικού αερίου θα πρέπει θεωρητικά να έχουν ορισμένες ιδιότητες που αποτελούν παραδοχές.
Έτσι τα μόρια αυτά δεχόμαστε ότι συμπεριφέρονται σαν πολύ μικρές ίδιες ελαστικές σφαίρες, οι οποίες κινούνται συνεχώς και χωρίς ορισμένη τάξη. Αυτό σημαίνει ότι κατά τη διάρκεια των συγκρούσεων των μορίων με τα τοιχώματα των δοχείων δεν παρατηρείται μεταβολή της κινητικής τους ενέργειας.
Η μεταξύ δύο συγκρούσεων μορίων κίνηση θεωρείται ευθύγραμμη και ισοταχής, επειδή δεχόμαστε ότι ανάμεσα στα κινούμενα μόρια ασκούνται δυνάμεις μόνο στη διάρκεια της σύγκρουσης.
Η χρονική διάρκεια της σύγκρουσης θεωρείται ελάχιστη.
Ο συνολικός όγκος των μορίων σε σχέση με τον όγκο των δοχείων όπου περιέχονται θεωρείται αμελητέος, επειδή το μέγεθός τους δεχόμαστε ότι είναι εξαιρετικά μικρό.
Ο αριθμός των μορίων είναι πάρα πολύ μεγάλος.
Με βάση τις προηγούμενες παραδοχές η κινητική θεωρία ερμηνεύει τους νόμους που ισχύουν για τα αέρια, επειδή, με τη μελέτη της συμπεριφοράς του ιδανικού αερίου, γίνονται ικανοποιητικές προβλέψεις της συμπεριφοράς των αερίων, καθώς εφαρμόζονται οι γνωστοί νόμοι της μηχανικής. Η κατάσταση ενός ιδανικού αερίου προσδιορίζεται από την καταστατική του εξίσωση: P • V = n • R • T, όπου Ρ η πίεση, V ο όγκος, n ο αριθμός των moles του αερίου, Τ η θερμοκρασία και R = 8,314 Joule/mole°K η παγκόσμια σταθερά των αερίων. Πρέπει να σημειωθεί ότι η συμπεριφορά των πραγματικών αερίων διαφοροποιείται τόσο περισσότερο από αυτή του ιδανικού αερίου όσο περισσότερο πολύπλοκη είναι η δομή του. Για παράδειγμα πολύ κοντά στη συμπεριφορά του ιδανικού αερίου είναι το μονοατομικό αέριο ήλιο (He) από το τριατομικό τριοξείδιο του θείου (SO3).
Ιξώδες.Η αντίσταση που παρουσιάζεται κατά την κίνηση ενός ρευστού μεταξύ των γειτονικών στρωμάτων του. Ονομάζεται και εσωτερική τριβή των ρευστών (με τον όρο «ρευστά» εννοούνται τα υγρά και τα αέρια).
Εσωτερική τριβή των υγρών. Για τη μελέτη του ιξώδους στα υγρά θεωρούμε ότι η κίνηση του υγρού γίνεται σε διαδοχικά οριζόντια επίπεδα ή επάλληλα στρώματα. Το ένα στρώμα παρασύρει σε κίνηση το άλλο, οι ταχύτητες όμως διάδοσης είναι διαφορετικές σε κάθε στρώμα. Μεταξύ, λοιπόν, των στρωμάτων αναπτύσσονται δυνάμεις με οριζόντια διεύθυνση. Επειδή οι ταχύτητες παραμένουν σταθερές, πρέπει να υπάρχει σε κάθε κινούσα δύναμη και μια ίση και αντίθετη, σύμφωνα με τις αρχές της Δυναμικής. Η αντίθετη αυτή δύναμη είναι η εσωτερική τριβή. Το φαινόμενο της εσωτερικής τριβής δεν οφείλεται μόνο στην τριβή των μορίων του υγρού στα τοιχώματα του αγωγού αλλά και στην τριβή των μορίων μεταξύ τους. Το ιξώδες έχει μεγάλη σημασία, όταν τα υγρά μεταφέρονται με σωλήνες σε μεγάλες αποστάσεις. Για παράδειγμα, για τη μεταφορά με σωληνώσεις του πετρελαίου (μαζούτ) σε ψηλά κτίρια ή μακρινές αποστάσεις χρειάζονται, για την υπερνίκηση της τριβής, αντλίες μεγάλης πίεσης. Το ίδιο ακριβώς συμβαίνει και στη μεταφορά του έτοιμου σκυροδέματος, το οποίο έχει μεγάλο ιξώδες λόγω της κατασκευής του. Το ιξώδες στην απλή έκφραση είναι συνώνυμο με το πηχτό υγρό και όχι με το πυκνό, δηλαδή αυτό που έχει μεγαλύτερο ειδικό βάρος από το νερό. Τα λάδια είναι πηχτά και ελαφριά, ενώ το μέλι είναι πηχτό και πυκνό υγρό. Πειραματικά αποδεικνύεται ότι η εσωτερική τριβή των υγρών είναι ανάλογη προς την επιφάνεια (S) επαφής των δύο διαδοχικών στρωμάτων του υγρού, προς τη σχετική ταχύτητα (u) του ενός στρώματος προς το άλλο και προς το συντελεστή εσωτερικής τριβής ή συντελεστή ιξώδους n, ενώ είναι αντιστρόφως ανάλογη προς τη μέση απόσταση (r) των δύο στρωμάτων. Ο νόμος αυτός είναι γνωστός ως νόμος του Νεύτωνα και δίνεται από τον τύπο. Ο συντελεστής n στο σύστημα CGS έχει ως μονάδα μέτρησης το 1 Poise (1 P, Πουάζ), όπου 1poise = 1gr ∙ 1cm-1 ∙ 1sec.
Ο συντελεστής ιξώδους ελαττώνεται όταν αυξάνει η θερμοκρασία, γεγονός που έχει τεράστια σημασία στις λιπάνσεις. Τα ορυκτέλαια λιπάνσεων πρέπει να έχουν σταθερό ιξώδες σε μεγάλο εύρος θερμοκρασίας.
Εσωτερική τριβή των αερίων. Το ιξώδες των αερίων είναι πολύ μικρό. Αντίθετα με τα υγρά, ο συντελεστής ιξώδους αυξάνει με την αύξηση της θερμοκρασίας.
Ισοδυναμία μάζας και ενέργειας. Θεωρία που βασίζεται στη θεωρία του Αϊνστάιν και εκφράζεται με τη σχέση Ε = mc2. Πιστοποιεί την αλληλεξάρτηση ανάμεσα στη μάζα και την ενέργεια. Σύμφωνα με αυτήν την εξίσωση, το ολικό ποσό της ενέργειας (Ε) που περικλείεται σε μια μάζα (m) είναι ίσο με το γινόμενο της μάζας επί το τετράγωνο της ταχύτητας του φωτός. Η ενέργεια εκφράζεται σε έργια (erg), όταν η μάζα εκφράζεται σε γραμμάρια και η ταχύτητα του φωτός σε εκατοστά ανά δευτερόλεπτο (cm/sec). Αν ένα γραμμάριο οποιουδήποτε υλικού μετατραπεί σε ενέργεια, με αντικατάσταση των δεδομένων στην αρχική σχέση, θα έχουμε E = 1,3 • 1010 erg.
Η ενέργεια αυτή ισοδυναμεί με 25 εκατομμύρια κιλοβατώρες. Σύμφωνα με θεωρητικούς υπολογισμούς, 450 γραμμάρια από οποιοδήποτε γνωστό υλικό, αν μετατρεπόταν σε ενέργεια, αυτή θα ήταν αρκετή για να λειτουργήσει ένα οικιακό ηλεκτρικό ψυγείο για 4 εκατομμύρια χρόνια ή ένα αυτοκίνητο θα μπορούσε να κάνει 185 χιλιάδες φορές το γύρο της Γης ή το ηλεκτρικό δίκτυο μιας πόλης σαν τη Θεσσαλονίκη, για παράδειγμα, θα είχε ηλεκτρική ενέργεια για 7 χιλιάδες μέρες. Η αντίληψη αυτή του Αϊνστάιν και η θεωρητική εδραίωση της ισοδυναμίας ανάμεσα στη μάζα και την ενέργεια έγινε αντικείμενο διαμάχης των επιστημόνων της εποχής, γιατί, αν πράγματι ήταν αληθινά αυτά που ο πρώτος ο Αϊνστάιν υποστήριξε, τότε η κρυμμένη ενέργεια των κοινών υλικών θα ήταν το όπλο του ανθρώπου για απεριόριστη πρόοδο. Στις αντίθετες γνώμες για την αδυναμία της ύλης να κρύβει τεράστια ποσά ενέργειας ο Αϊνστάιν απαντούσε χαρακτηριστικά: «Αν ένας άνθρωπος είναι εκατομμυριούχος, αλλά ποτέ στη ζωή του δεν ξόδεψε ούτε μια δραχμή, κανείς με βεβαιότητα δεν μπορεί να πει πόσο πλούσιος είναι, ούτε καν ότι είναι πλούσιος». Αυτό είχε μόνο θεωρητική βάση στην αρχή. Μια τυχαία όμως ανακάλυψη των Γερμανών Ο. Χαν και Φ. Στράσμαν, κατά το βομβαρδισμό με νετρόνια ενός δείγματος ουρανίου, αποτέλεσε το πρώτο πρακτικό βήμα στην αποδέσμευση της ενέργειας που κρύβει η ύλη. Οι πολεμικές προετοιμασίες των ΗΠΑ και η ενεργοποίηση του προγράμματος «Σχέδιο Μανχάταν», από το καλοκαίρι του 1941, είχαν ως αποτέλεσμα τη δημιουργία της αυτοσυντήρητης αλυσιδωτής αντίδρασης, πράγμα που έγινε δυνατό από τους επιστήμονες της ομάδας του Ιταλού φυσικού Ενρίκο Φέρμι, στο πανεπιστήμιο του Σικάγο. Έτσι, ήρθε η πρώτη επιτυχία στη χαλιναγώγηση των φυσικών δυνάμεων και η απόδειξη της αμφισβητούμενης σχέσης της ισοδυναμίας μάζας και ενέργειας. Προς το παρόν είναι δυνατή η ενεργοποίηση της ύλης «κρίσιμων» υλικών, όπως το ουράνιο, το ράδιο κ.ά., σε ειδικές διατάξεις, τους πυρηνικούς αντιδραστήρες. Πυρηνοκίνητες μηχανές τύπου Στάνλεϊ, στις οποίες γίνεται η μετατροπή της ύλης σε ενέργεια, χρησιμοποιήθηκαν από το πρώτο πυρηνικό υποβρύχιο, το «Ναυτίλο», του ναυτικού των ΗΠΑ, το οποίο, τον Ιανουάριο του 1954, ταξίδεψε χωρίς ανεφοδιασμό σε καύσιμα περίπου 110.000 χλμ. και πέρασε κάτω από τους αιώνιους πάγους του πόλου. Επίσης στην ατομική βόμβα, το έλλειμμα της μάζας των προϊόντων της έκρηξης έχει ως αποτέλεσμα την εμφάνιση της τεράστιας ενέργειας.
Η σχέση Ε = mc2 είναι αμφίδρομη και θα πρέπει για να ισχύει απόλυτα να υπάρχει τρόπος, ώστε και η ενέργεια να μπορεί να μετατραπεί σε ύλη. Αυτό, στα εξωτερικά φυσικά φαινόμενα και σε σχέση με το χρονικό παράγοντα, είναι αδύνατο να πιστοποιηθεί. Η αμφίπλευρη επαλήθευση της αρχής της ισοδυναμίας της μάζας και ενέργειας γίνεται με την έρευνα των σωματιδίων που αποτελούν τις κοσμικές ακτίνες. Η έρευνα του ποζιτρονίου από τον Άντερσον και η συμπεριφορά του, σύμφωνα με τη θεωρία του Ντιράκ, είναι βασικά στοιχεία για την επαλήθευση της αρχής. Η εξίσωση +e + e-  2hv (δύο φωτόνια) δείχνει ότι η εκμηδένιση της μάζας ενός ποζιτρονίου (e) και ενός ηλεκτρονίου ισοδυναμεί με ενέργεια δύο φωτονίων –γ. Στην αντίθετη περίπτωση, όταν ένα φωτόνιο προχωρήσει στο εσωτερικό του ηλεκτρικού πεδίου του πυρήνα ενός ατόμου, είναι δυνατό να υλοποιηθεί, δηλαδή η ενέργεια των 1,02 Μev του φωτονίου εξαφανίζεται και στη θέση της εμφανίζεται το ζεύγος ηλεκτρόνιο-ποζιτρόνιο, που έχει ισοδύναμη μάζα με τη χαμένη ενέργεια.
Οι μετατροπές αυτές είναι αυτόματες και αδιάκοπες, χωρίς να γίνονται αντιληπτές σύμφωνα με την εξίσωση: 2hv  +e + e- και αποτελούν την καλύτερη απόδειξη της αρχής ισοδυναμίας μάζας και ενέργειας.
Ισορροπία. Η κατάσταση ενός σώματος ή συστήματος το οποίο δεν υπόκειται σε καμία μεταβολή με την πάροδο του χρόνου. Στην περίπτωση αυτή το σώμα είναι ακίνητο ή το κέντρο μάζας του κινείται με σταθερή ταχύτητα. Μία από τις συνθήκες που πρέπει να εκπληρώνεται για να ισορροπεί ένα σώμα είναι η συνισταμένη όλων των εξωτερικών δυνάμεων οι οποίες δρουν πάνω στο σώμα να είναι μηδέν. Εάν το σώμα δεν έχει διαστάσεις, δηλαδή είναι ή μπορεί να θεωρηθεί ως υλικό σημείο, τότε ο παραπάνω όρος είναι αναγκαίος και ικανός ώστε το σωμάτιο να ισορροπεί. Όταν ένα αντικείμενο έχει μη μηδενικό μέγεθος, σχήμα και κατανομή μάζας, για να ισορροπεί στατικά πρέπει η συνισταμένη των δυνάμεων που δρουν επάνω του να είναι μηδενική και ταυτόχρονα δεν πρέπει να τείνει να περιστραφεί. Η τελευταία αυτή συνθήκη ισορροπίας απαιτεί να είναι μηδενική η ολική ροπή ως προς οποιοδήποτε σημείο. Ως στερεό αντικείμενο ορίζεται το σώμα το οποίο δε μεταβάλλει σχήμα και μέγεθος όταν δρουν επάνω του εξωτερικές δυνάμεις.
Υπάρχουν τρία είδη ισορροπίας: α) Θέση ευσταθούς ισορροπίας. Αντιστοιχεί στα σημεία εκείνα στα οποία η δυναμική ενέργεια έχει την ελάχιστη τιμή. Οποιαδήποτε μετατόπιση από τη θέση ισορροπίας έχει ως αποτέλεσμα την εμφάνιση δύναμης που επαναφέρει το σώμα στη θέση ισορροπίας του. Παράδειγμα μηχανικού συστήματος που βρίσκεται σε θέση ευσταθούς ισορροπίας αποτελεί το σύστημα ελατηρίου-σώματος που βρίσκεται σε οριζόντιο επίπεδο. Απομάκρυνση του σώματος από τη θέση ισορροπίας έχει ως αποτέλεσμα την εμφάνιση της δύναμης επαναφοράς του ελατηρίου που κατευθύνεται προς τη θέση ισορροπίας.
β) Θέση ασταθούς ισορροπίας. Γενικά, η θέση ασταθούς ισορροπίας αντιστοιχεί στα σημεία εκείνα στα οποία η δυναμική ενέργεια έχει την ελάχιστη τιμή της. Οποιαδήποτε μετατόπιση από το σημείο αυτό προκαλεί την εμφάνιση δύναμης που ωθεί το σώμα να απομακρυνθεί από το σημείο ισορροπίας. Η δύναμη ωθεί το σώμα να καταλάβει τη θέση της χαμηλότερης δυναμικής ενέργειας. Μια σφαίρα που βρίσκεται στην κορυφή μιας αναποδογυρισμένης σφαιρικής γυάλας, βρίσκεται σε θέση ασταθούς ισορροπίας. Αν μετατοπιστεί έστω και λίγο η σφαίρα από την κορυφή και αφεθεί στη συνέχεια ελεύθερη, θα κυλήσει μακριά από τη γυάλα.
γ) Θέση αδιάφορης ισορροπίας. Στη θέση αυτή η δυναμική ενέργεια έχει σταθερή τιμή. Αν μετατοπιστεί το σώμα από τη θέση αυτή, δεν εμφανίζεται καμία δύναμη. Παράδειγμα αποτελεί μια σφαίρα που βρίσκεται πάνω σε επίπεδη οριζόντια επιφάνεια.
Ισχύς. Χαρακτηριστικό μέγεθος μηχανής που χαρακτηρίζει το ρυθμό με τον οποίο η μηχανή εκτελεί ένα έργο. Στις περιπτώσεις της παραγωγής έργου, η έννοια του χρόνου παίζει σημαντικό ρόλο, γιατί είναι καθοριστικός παράγοντας της δυνατότητας χρησιμοποίησης του έργου. Στην περίπτωση π.χ. των ραδιενεργών υλικών, ενώ η ενέργεια που αποδίδεται συνολικά σε χρονικά διαστήματα χιλιάδων ετών φτάνει σε τεράστια ποσά, η ενέργεια που παράγεται κάθε δευτερόλεπτο είναι ασήμαντη και βιομηχανικά ανεκμετάλλευτη.
Έτσι εισάγεται η έννοια της ισχύος, η οποία είναι φυσικό μέγεθος, με μέτρο το πηλίκο του παραγόμενου έργου προς το χρόνο παραγωγής του έργου. Η ισχύς δίνεται από τη σχέση, όπου W το έργο και t ο χρόνος, ενώ όταν είναι γνωστή η ταχύτητα μετατόπισης (υ) ενός κινητού, ο τύπος παίρνει τη μορφή Ρ = F • υ, όπου F η κινούσα δύναμη. Η τελευταία σχέση χρησιμοποιείται κυρίως για τον υπολογισμό της ισχύος των μηχανών των διάφορων μεταφορικών μέσων.
Η ισχύς που αποδίδουν περιστρεφόμενοι κινητήρες μετριέται επίσης και με τη χρησιμοποίηση του χαλινού με ιμάντα ή, στις περιπτώσεις μεγάλων κινητήρων, με χαλινό Prouy.
Μονάδες ισχύος στο σύστημα CGS είναι το 1 erg/sec, στο σύστημα SI το 1W = 1 Joule/sec και στο τεχνικό σύστημα το 1 Kg*m/sec.
Όταν μετριέται η ισχύς μηχανών, χρησιμοποιείται κυρίως ως μονάδα ο ίππος, ο οποίος με τις γαλλικές (CV) και τις γερμανικές (PS) προδιαγραφές ισούται με 75 Kg*m/sec = 736 W, ενώ στις αγγλοσαξονικές χώρες ο ίππος (ΗΡ) έχει τιμή 76 = Kg*/sec = 746 W.
Στην οπτική, ισχύς φακού ή συγκεντρωτική ικανότητα λέγεται το αντίστροφο της εστιακής του απόστασης και δίνεται από τον τύπο. Οι λεπτοί φακοί έχουν μεγάλη εστιακή απόσταση και επομένως μικρή ισχύ, αντίστροφα από τους χοντρούς φακούς που παρουσιάζουν μεγάλη ισχύ.
Η ισχύς των φακών μετριέται σε διοπτρίες (dpt). Μία διοπτρία είναι η ισχύς του φακού που έχει εστιακή απόσταση 1 μέτρο. Στους συγκλίνοντες φακούς η ισχύς είναι θετική, ενώ στους αποκλίνοντες είναι αρνητική.
Ισχύς οπτικού οργάνου είναι ο λόγος της γωνίας φ, υπό την οποία βλέπουμε το αντικείμενο με το όργανο, προς το μήκος του αντικειμένου. Ο ίδιος ορισμός ισχύει και στην περίπτωση των μικροσκοπίων.
Στην ηλεκτρονική, ηλεκτρική ισχύς ή ισχύς ηλεκτρικού ρεύματος λέγεται ο λόγος της εκλυόμενης ενέργειας από το ρεύμα, με μορφή θερμότητας, προς τον αντίστοιχο χρόνο. Επίσης η ισχύς δίνεται από τους τύπους Ρ = V • I ή P = I2 • R, όπου V η τάση ρεύματος, Ι η ένταση και R η αντίσταση του αγωγού.
Στην περίπτωση του εναλλασσόμενου ρεύματος, η μέση ισχύς που παρέχει μια γεννήτρια σε ένα εν σειρά κύκλωμα RLC ισούται με Ρμεσ = Ιεν • Uεν • συνφ, όπου Uεν, Ιεν η ενεργός τάση και η ενεργός ένταση του ηλεκτρικού ρεύματος αντίστοιχα, φ η διαφορά φάσης μεταξύ της εφαρμοζόμενης εξωτερικής τάσης και του ρεύματος που διαρρέει το κύκλωμα και συνφ ο συντελεστής ισχύος. Μια άλλη ισοδύναμη σχέση που χρησιμοποιείται για την έκφραση της μέσης ισχύος είναι η εξής: Ρμεσ = Ιεν2 • R. Η ισχύς που παρέχει η γεννήτρια διασκορπάται στο περιβάλλον με τη μορφή θερμότητας στην αντίσταση. Ένας ιδανικός πυκνωτής ή ένα ιδανικό πηνίο δε διασκορπίζουν ενέργεια στο περιβάλλον.
Η βιολογική δράση των ραδιενεργών ακτινοβολιών εξαρτάται από τη χρονική διάρκεια επίδρασης της ακτινοβολίας. Αν σε χρόνο t προσλαμβάνεται από έναν οργανισμό μια δόση Δ, τότε η μέση ισχύς δόσης είναι.
Στην κυματική, η ισχύς που μεταφέρεται από μηχανικά αρμονικά κύματα κατά μήκος ενός νήματος είναι ανάλογη προς την ταχύτητα διάδοσης του κύματος υ, προς το τετράγωνο του πλάτους ταλάντωσης Α και προς τη γραμμική πυκνότητα μάζας μ:
Ισχύς = • μ • ω2 • Α2 • υ.
Κίρχοφ, νόμος του. Ο νόμος που διατύπωσε ο Κίρχοφ για την ακτινοβολία των σωμάτων. Στο νόμο της ακτινοβολίας κατέληξε ο Κίρχοφ μελετώντας με τον Μπούνσεν τα φαινόμενα της φασματοσκοπικής ανάλυσης με το φασματοσκόπιο, που οι ίδιοι κατασκεύασαν και έχει το όνομά τους.
Σύμφωνα με το νόμο του Κίρχοφ: «Για την ίδια θερμοκρασία Τ και το ίδιο μήκος κύματος λ, το πηλίκο της ικανότητας εκπομπής Ε προς την ικανότητα απορρόφησης Α είναι για όλα τα σώματα σταθερό». Ο νόμος του Κίρχοφ εκφράζεται με τη σχέση:
Σύμφωνα με μια άλλη διατύπωση, το προηγούμενο πηλίκο είναι ίσο με την ικανότητα ολικής εκπομπής του απόλυτα μελανού σώματος. Δηλαδή όσο περισσότερο απορροφά ένα σώμα μια ακτινοβολία, τόσο περισσότερο την εκπέμπει, όταν βρεθεί σε κατάλληλες συνθήκες. Μερικά καθημερινά παραδείγματα αποτελούν επαλήθευση του γενικού αυτού νόμου.
α) Ένα σώμα σκοτεινού χρώματος απορροφά περισσότερο τις θερμικές ακτίνες από ένα άλλο ανοιχτού χρώματος. Όταν όμως τα δύο αυτά σώματα αποκτήσουν την ίδια θερμοκρασία, τότε το σώμα σκοτεινού χρώματος εκπέμπει περισσότερη θερμότητα από το σώμα που έχει ανοιχτό χρώμα.
β) Το χειμώνα προτιμάμε ρούχα σκοτεινού χρώματος, για να απορροφούν μεγαλύτερο ποσό θερμότητας.
γ) Αν τοποθετήσουμε δύο θερμόμετρα στην ίδια απόσταση από δύο σώματα με την ίδια θερμοκρασία, αλλά διαφορετικού χρώματος (το ένα άσπρο και το άλλο μαύρο), θα παρατηρήσουμε ότι το θερμόμετρο που βρίσκεται απέναντι από το μαύρο σώμα δείχνει υψηλότερη θερμοκρασία, γιατί το μαύρο σώμα εκπέμπει περισσότερη θερμότητα από το άσπρο.
δ) Τα αέρια ή οι ατμοί απορροφούν από το συνεχές φάσμα που περνά από τη μάζα τους εκείνες τις ακτινοβολίες τις οποίες εκπέμπουν, όταν διεγερθούν σε ακτινοβολία.
Η τελευταία περίπτωση παρουσιάζεται στη φασματοσκοπική έρευνα των διάπυρων αερίων, τα οποία παρουσιάζουν αναστροφή των φασματικών γραμμών. Με βάση αυτή την παρατήρηση εξηγήθηκαν οι σκοτεινές γραμμές του ηλιακού φάσματος, οι οποίες προκαλούνται από την απορρόφηση του φωτός, που προέρχεται από τα βαθύτερα στρώματα του Ήλιου κατά τη δίοδό του από τα σχετικά πιο ψυχρά στρώματα ατμών, που αποτελούν την εξωτερική ηλιακή ατμόσφαιρα.

Κέντρο. Σημείο του χώρου ή του υλικού σώματος, το οποίο έχει ορισμένα χαρακτηριστικά γνωρίσματα και ιδιότητες, σε σχέση με τα άλλα σημεία που το περιβάλλουν.
1) Κέντρο βάρους. Κάθε στερεό σώμα μπορούμε να θεωρήσουμε ότι αποτελείται από μεγάλο αριθμό υλικών σημείων, καθένα από τα οποία έχει μια στοιχειώδη μάζα. Η συνολική μάζα του στερεού θα είναι ίση με το άθροισμα των μαζών των υλικών σημείων, τα οποία ταυτόχρονα δέχονται την επίδραση της βαρύτητας, με αποτέλεσμα, παράλληλες δυνάμεις, όσες και τα υλικά σημεία, να εφαρμόζουν στο στερεό σώμα. Η συνισταμένη των παράλληλων αυτών δυνάμεων είναι το συνολικό βάρος του σώματος. Το σημείο όπου εφαρμόζει αυτή η συνισταμένη των στοιχειωδών βαρών πάνω στο σώμα λέγεται κέντρο βάρους. Επειδή το κέντρο βάρους είναι κέντρο παράλληλων δυνάμεων, αυτό είναι σημείο ορισμένο και ανεξάρτητο από τη διεύθυνση των δυνάμεων. Αν δηλαδή στρέψουμε το σώμα σε οποιαδήποτε κατεύθυνση, οι δυνάμεις θα εξακολουθήσουν να είναι παράλληλες και θα διατηρούν σταθερή την αριθμητική τους τιμή.
Επίσης, το κέντρο βάρους είναι ανεξάρτητο από το γεωγραφικό πλάτος ή το ύψος στο οποίο βρίσκεται το σώμα. Η εξωτερική μορφή του σώματος και ο τρόπος κατανομής της ύλης του είναι παράγοντες που ρυθμίζουν τη θέση του κέντρου βάρους. Στα ομογενή σώματα, δηλαδή στα σώματα που έχουν ομοιόμορφη κατανομή ύλης και έχουν επίσης απλό γεωμετρικό σχήμα (σφαίρα, κύβος κτλ.), το κέντρο βάρους συμπίπτει με το γεωμετρικό κέντρο συμμετρίας. Στην περίπτωση που το σώμα έχει δύο ή περισσότερους άξονες ή επίπεδα συμμετρίας, το κέντρο βάρους βρίσκεται στην τομή των αξόνων ή των επιπέδων συμμετρίας. Η θέση του κέντρου βάρους είναι ρυθμιστικός παράγοντας για το είδος της ισορροπίας των στερεών σωμάτων (βλ. λ. ισορροπία). Η ευστάθεια στην κίνηση ενός πλοίου εξαρτάται από τη θέση του κέντρου βάρους και είναι τόσο μεγαλύτερη όσο πιο κοντά βρίσκεται το κέντρο βάρους προς τη βάση στήριξης. Μερικά σύγχρονα μοντέλα αυτοκινήτων, με κατάλληλο μηχανισμό, αλλάζουν αυτόματα τη θέση του κέντρου βάρους, ώστε η ευστάθεια στις στροφές να είναι μεγάλη.
2) Κέντρο πίεσης. Το σημείο εφαρμογής της συνισταμένης των παράλληλων δυνάμεων, οι οποίες δρουν στα πλάγια τοιχώματα ενός δοχείου που περιέχει ορισμένο υγρό. Επειδή η πίεση στα τοιχώματα αυξάνει με το βάθος, οι συνιστώσες δυνάμεις δε θα έχουν την ίδια ένταση, αλλά το μέγεθός τους θα αυξάνει όσο πλησιάζουμε προς τον πυθμένα. Το κέντρο πίεσης, όπου εφαρμόζει η συνισταμένη, δεν είναι χαρακτηριστικό σημείο μιας επιφάνειας, αλλά η θέση του εξαρτάται από την απόσταση (h) της ελεύθερης επιφάνειας του υγρού από τον πυθμένα. Με βάση αυτή την εξάρτηση, το κέντρο πίεσης βρίσκεται πάνω στην πλάγια επιφάνεια και σε απόσταση από την ελεύθερη επιφάνεια 2h/3.
3) Κέντρο άνωσης. Όταν ένα στερεό σώμα είναι βυθισμένο μέσα σε υγρό, που βρίσκεται σε ηρεμία, τότε, λόγω της υδροστατικής πίεσης, σε κάθε σημείο της επιφάνειας του σώματος ασκούνται δυνάμεις, οι οποίες είναι μεγαλύτερες στα σημεία της επιφάνειας του σώματος που βρίσκονται βαθύτερα. Αυτό συμβαίνει επειδή η υδροστατική πίεση μεγαλώνει με το βάθος και οι πιέσεις που ενεργούν στο σώμα δημιουργούν αντίστοιχες δυνάμεις. Η συνισταμένη αυτών των δυνάμεων είναι κατακόρυφη προς τα πάνω και λέγεται άνωση. Το σημείο εφαρμογής της άνωσης, το οποίο συμπίπτει με το κέντρο του βυθισμένου όγκου, λέγεται κέντρο άνωσης. Η θέση του κέντρου άνωσης, σε σχέση με το κέντρο του βάρους και το μετάκεντρο, χαρακτηρίζει το είδος της ισορροπίας των σωμάτων που επιπλέουν.
4) Κέντρο αιώρησης. Το σημείο του φυσικού εκκρεμούς στο οποίο θεωρούμε ότι βρίσκεται συγκεντρωμένη η μάζα ενός ισόχρονου απλού εκκρεμούς. Η απόσταση (l) του κέντρου αιώρησης από τον άξονα στήριξης και περιστροφής του φυσικού εκκρεμούς δίνεται από τη σχέση, όπου (Θ) η ροπή αδράνειας, (α) η απόσταση του κέντρου βάρους από τον άξονα περιστροφής και (m) μάζα του φυσικού εκκρεμούς. Η παράσταση Θ/m•α λέγεται και ανοιγμένο μήκος του φυσικού εκκρεμούς.
5) Κέντρο καμπυλότητας. Το κέντρο της σφαίρας στην οποία ανήκει το σφαιρικό κάτοπτρο ή ο φακός (βλ. λλ. κάτοπτρο, φακός).
Καταστάσεις ύλης. Τα δύο βασικά συστατικά του σύμπαντος και ταυτόχρονα δύο πρωταρχικές φυσικές οντότητες είναι η ύλη και η ενέργεια. Κάθε σώμα χαρακτηρίζεται από ένα ορισμένο ποσό ύλης, το οποίο αποτελεί τη μάζα του σώματος. Η μορφή με την οποία η ύλη παίρνει μέρος σε φυσικές μεταβολές ή διεργασίες είναι συνάρτηση εσωτερικών δομικών ή εξωτερικών παραγόντων, οπότε και έχουμε τις διάφορες καταστάσεις της ύλης.
Α. Σύμφωνα με την κλασική θεωρία και με βασικό κριτήριο τις δυνάμεις συνοχής, που υπάρχουν ανάμεσα στα μοριακά συγκροτήματα των σωμάτων, γίνεται παραδεκτή η διάκριση της ύλης σε τρεις φυσικές καταστάσεις:
α) Στερεή κατάσταση. Τα μόρια των στερεών σωμάτων δεν έχουν σταθερό δεσμό μεταξύ τους, αλλά κινούνται γύρω από μια μέση θέση ισορροπίας. Υπεύθυνες γι’ αυτή τη συμπεριφορά, καθώς επίσης και για τον καθορισμένο όγκο, το ιδιαίτερο σχήμα και την ορισμένη σκληρότητα είναι οι ισχυρές δυνάμεις συνοχής.
β) Υγρή κατάσταση. Η μικρή ένταση των δυνάμεων συνοχής στα υγρά έχουν ως αποτέλεσμα τη μεγαλύτερη ελευθερία κίνησης των μορίων, οπότε τα υγρά έχουν βέβαια σταθερό όγκο, αλλά παίρνουν το σχήμα του δοχείου στο οποίο περιέχονται.
γ) Αέρια κατάσταση. Η σχεδόν ανυπαρξία δυνάμεων συνοχής δίνει στα μόρια των αερίων μεγάλες δυνατότητες ελευθερίας κίνησης. Έτσι τα αέρια δεν έχουν ούτε όγκο ούτε σχήμα καθορισμένα και σταθερά. Είναι επίσης εκτατά, ελαστικά και συμπιεστά.
Β. Με βάση τα συμπεράσματα νεότερων ερευνών της Φυσικής και της Χημείας, ως στερεή κατάσταση θεωρείται μόνο η κρυσταλλική, ενώ τα υγρά και τα αέρια αποτελούν την τάξη των ρευστών. Επίσης εμφανίζονται και τρεις άλλες καταστάσεις: η κολλοειδής, η πλαστική και η πλασματική.
α) Κρυσταλλική κατάσταση. Η κατάσταση αυτή χαρακτηρίζεται από μια ιδιόμορφη κανονικότητα στη διάταξη των δομικών συστατικών της ύλης, δηλαδή ατόμων, ιόντων και μορίων, σε κρυσταλλικά πλέγματα που κατατάσσονται σε διάφορα κρυσταλλικά συστήματα.
Η Φυσική της Στερεάς Κατάστασης είναι ο κλάδος της Φυσικής που μελετά την κατάσταση αυτή της ύλης.
β) Ρευστά. Μικρές δυνάμεις είναι αρκετές για τη μεταβολή του σχήματος των ρευστών, τα οποία διακρίνονται σε υγρά ή ασυμπίεστα ρευστά και αέρια ή συμπιεστά ρευστά. Τα υγρά έχουν σταθερό όγκο και παρουσιάζουν ελεύθερη επιφάνεια, ανεξάρτητα από την εξωτερική πίεση.
Τα αέρια έχουν όγκο, ο οποίος μεταβάλλεται ανάλογα με την εξωτερική πίεση και διακρίνονται σε φυσικά ή πραγματικά και σε ιδανικά ή τέλεια (βλ. λ. αέρια).
γ) Κολλοειδής κατάσταση. Είναι ένα διφασικό σύστημα, του οποίου η φάση που βρίσκεται σε διασπορά ή διαμερισμό, έχει διαστάσεις της τάξης μεγέθους 10-5 μέχρι 10-7 εκατ. Η κατάσταση αυτή αναφέρεται σε ειδική κατηγορία διαλυμάτων με τεράστια σημασία.
δ) Πλαστική κατάσταση. Σε αυτήν ανήκουν σώματα με προκαθορισμένες ιδιότητες, τα οποία κατασκευάζονται τεχνητά και έχουν ανώτερες τεχνολογικές ιδιότητες. Τα νάιλον, τα πλαστικά και οι τεχνητές ύλες από ρητίνες καθώς και τα περισσότερα πολυμερή ανήκουν στην κατάσταση αυτή.
ε) Πλασματική κατάσταση. Στην κατάσταση αυτή ανήκει η ύλη η οποία αποτελείται από ελεύθερους πυρήνες (ιόντα) και ελεύθερα ηλεκτρόνια. Η ύλη αυτή παρουσιάζει τεράστια συμπύκνωση και έχει πυκνότητα 2,4•1014 gr/cm3. Ύλη σε πλασματική κατάσταση βρίσκεται στους απλανείς αστέρες, ενώ στο εργαστήριο είναι δυνατός ο ιονισμός των αερίων και η μετατροπή τους σε πλάσμα, αλλά παρουσιάζονται πολλές δυσκολίες στη συντήρησή του (βλ. λ. πλάσμα).
Κενό. Ο χώρος ο οποίος περιέχει αέρια με πολύ χαμηλή πίεση της τάξης των 100 Torr. Η περιοχή αυτή, λόγω της μεγάλης ανάπτυξης της τεχνολογίας του κενού, εκτείνεται και πέρα από τα 10-15 Torr και διαιρείται συνήθως ως εξής:
α) Χαμηλό κενό (100-1 Torr).
β) Προχωρημένο κενό (1-10-3 Torr).
γ) Υψηλό κενό (10-3-10-6 Torr).
δ) Πολύ υψηλό κενό (10-6-10-9 Torr) και
ε) Εξαιρετικά υψηλό κενό μικρότερο από 10-9 Torr.
Η πίεση εκφράζεται σε μονάδες Torr (από τον Τορικέλι), δηλαδή σε χιλιοστόμετρα της υδραργυρικής στήλης. Συσκευές και διατάξεις για τη δημιουργία κενού υπάρχουν διαφόρων τύπων, ανάλογα με την περιοχή του κενού που θέλουμε να πραγματοποιήσουμε. Για χαμηλό κενό μέχρι 15 Torr, είναι αρκετή μια απλή αντλία με φλέβα νερού, ενώ για προχωρημένο κενό μέχρι 10-7 Torr, χρησιμοποιούνται περιστροφικές αντλίες. Το κενό βελτιώνεται σημαντικά με τη λειτουργία δύο ή περισσότερων αντλιών, σε σειρά. Υψηλό κενό δημιουργείται με συνδυασμό μιας αντλίας προκαταρκτικού κενού και μιας μοριακής αντλίας ή αντλίας διάχυσης. Για το πολύ υψηλό και το εξαιρετικά υψηλό κενό χρησιμοποιούνται ειδικές διατάξεις και βασικά αντλίες «δια προσρόφησης» και «δι’ ιόντων». Η πρώτη χειροκίνητη αντλία των Γκέισλερ-Τόπλερ πετύχαινε κενό 10-2 Torr. Αργότερα, οι λάμπες πυράκτωσης έκαναν σοβαρή ανάγκη τη δημιουργία κενού και το 1905 ο Γκέντε δημιούργησε την πρώτη περιστροφική αντλία με υδράργυρο, ενώ το 1913 πραγματοποίησε ριζική αλλαγή με τη μοριακή του αντλία. Στη σύγχρονη εποχή χρησιμοποιούνται για τη δημιουργία κενού διατάξεις με το γενικό όνομα κρυαντλίες και ψυχρές παγίδες με υγρό ήλιο.
Για τη μέτρηση του κενού χρησιμοποιούνται ειδικά όργανα που λέγονται μετρητές κενού ή μανόμετρα χαμηλών πιέσεων και τα οποία μπορούμε να τα κατατάξουμε στις εξής κατηγορίες: α) Μανόμετρα μηχανικά. Συνηθισμένοι τύποι είναι τα μανόμετρα Μπουρντόν και αυτά με διάφραγμα. β) Μανόμετρα με υγρό. Ιδιαίτερο τύπο αποτελούν τα μανόμετρα Μακ Λεόντ και Μόζερ. γ) Μανόμετρα θερμικής αγωγιμότητας. Τα πιο γνωστά είναι του Πιράνι και αυτά με θερμοηλεκτρικό ζεύγος. δ) Μανόμετρα ιξώδους. ε) Μανόμετρα ακτινομετρικά. στ) Μανόμετρα ιονισμού. Σε αυτά περιέχονται τα θερμιονικά μανόμετρα, τα μανόμετρα με ψυχρή κάθοδο και τα μανόμετρα με ραδιενεργές ουσίες (Άλφατρο) και ζ) Μανόμετρα μερικών πιέσεων.

Κίνηση. Η μεταβολή της θέσης του υλικού σημείου ή του σώματος στο χώρο σε σχέση με ένα άλλο σημείο ή σώμα, το οποίο κατά συνθήκη εννοούμε ως τελείως ακίνητο. Η κίνηση επομένως είναι έννοια σχετική και εξαρτάται από το σύστημα αναφοράς, που είναι πάντα αυθαίρετα ακίνητο. Στη Φυσική, η μελέτη των κινήσεων γίνεται σε σχέση με τη Γη, την οποία θεωρούμε ως ακίνητο σύστημα αναφοράς παραβλέποντας τις ίδιες κινήσεις της γύρω από τον εαυτό της και τον Ήλιο. Η κίνηση ως προς ένα σύστημα ακίνητο λέγεται απόλυτη, ενώ η κίνηση ενός σώματος, που ανήκει σε ένα σύστημα κινούμενο ως προς ένα άλλο σύστημα, λέγεται σχετική. Στην τελευταία περίπτωση, σύμφωνα με την αρχή της ειδικής θεωρίας της σχετικότητας, όλοι οι φυσικοί νόμοι, που εφαρμόζονται σε ένα αποκλεισμένο σύστημα αναφοράς, ισχύουν και για κάθε άλλο σύστημα, το οποίο κινείται ευθύγραμμα και με σταθερή ταχύτητα ως προς το πρώτο. Στην πραγματικότητα, κανένα σύστημα αναφοράς δεν είναι τελείως ακίνητο, οπότε και όλες οι κινήσεις είναι σχετικές. Στα στερεά σώματα διακρίνουμε δύο βασικά είδη κίνησης: α) Τη μεταφορική κίνηση, όπου ένα σύστημα αξόνων, που είναι σταθερά συνδεμένο με το σώμα, κινείται παράλληλα προς τον εαυτό του σ’ όλη τη διάρκεια της κίνησης και β) την περιστροφική κίνηση, όπου το σύστημα των αξόνων περιστρέφεται κατά τη διάρκεια της κίνησης. Ανεξάρτητα από το είδος της κίνησης, ο δρόμος τον οποίο διανύει το κινητό κατά τη διάρκεια της κίνησής του και ο οποίος είναι ο γεωμετρικός τόπος των διαδοχικών θέσεων του κινητού στη διάρκεια της κίνησης, λέγεται τροχιά. Η τροχιά πρέπει να είναι μια συνεχής γραμμή και οι εξισώσεις της κίνησης του κινητού, από άποψη μαθηματικών, πρέπει να είναι συνεχείς συναρτήσεις του χρόνου. Κάθε κίνηση χαρακτηρίζεται από τους βαθμούς ελευθερίας της, δηλαδή από τις δυνατότητες μετατόπισης του κινητού. Ένα κινητό που κινείται σε ευθεία γραμμή έχει ένα βαθμό ελευθερίας, το αυτοκίνητο έχει δύο βαθμούς ελευθερίας, ενώ το αεροπλάνο που κινείται στο χώρο έχει τρεις βαθμούς ελευθερίας.
Η τροχιά μπορεί να είναι γραμμή ευθεία ή καμπύλη, οπότε και η κίνηση χαρακτηρίζεται ανάλογα ως ευθύγραμμη ή καμπυλόγραμμη. Μορφές της καμπυλόγραμμης κίνησης είναι η κυκλική, η παραβολική, η ελλειπτική, η ελικοειδής κ.ά. Καθοριστικοί παράγοντες μιας κίνησης είναι ο χώρος (διάστημα) και ο χρόνος. Διάστημα είναι το μέγεθος του τμήματος της τροχιάς που διανύει το κινητό σε ορισμένο χρόνο. Μια σχέση που συνδέει το χώρο και το χρόνο είναι η ταχύτητα, η οποία δεν είναι πάντα η ίδια, αλλά εξαρτάται από τη μορφή της κίνησης. Στην ομαλή κίνηση, ταχύτητα είναι ο σταθερός λόγος του διαστήματος που διανύει το κινητό προς τον αντίστοιχο χρόνο, ενώ στη μεταβαλλόμενη κίνηση η ταχύτητα, σε μια ορισμένη χρονική στιγμή t, δίνεται από τη σχέση, όπου Δt  0. Από μαθηματική άποψη, η ταχύτητα είναι η παράγωγος του διαστήματος ως προς το χρόνο.
Από όλες τις κινήσεις η πιο απλή είναι η ευθύγραμμη ομαλή, στην οποία η ταχύτητα παραμένει σταθερή στην αριθμητική τιμή και στη διεύθυνση, δηλαδή το κινητό σε ίσους χρόνους διανύει ίσα διαστήματα. Κριτήριο μιας ομαλής κίνησης είναι ότι δεν πρέπει στο σώμα να επιδρά καμιά δύναμη ή να επιδρούν δυνάμεις που έχουν συνισταμένη μηδέν. Όταν, για οποιοδήποτε λόγο, έχουμε μεταβολή της ταχύτητας είτε στο μέτρο είτε στη διεύθυνση, εφόσον η ταχύτητα είναι διανυσματικό μέγεθος, τότε εμφανίζεται η έννοια της επιτάχυνσης, η οποία παριστάνει τη μεταβολή της ταχύτητας στη μονάδα του χρόνου. Αν το διάνυσμα της επιτάχυνσης παραμένει σταθερό στο μέγεθος κατά τη διάρκεια της κίνησης, τότε η κίνηση χαρακτηρίζεται ως ομαλά μεταβαλλόμενη. Αν η επιτάχυνση είναι θετική, η κίνηση είναι επιταχυνόμενη, αν όμως είναι αρνητική, έχουμε την επιβραδυνόμενη κίνηση. Οι εξισώσεις υ = γ•t , όπου (υ) η ταχύτητα, (t) ο χρόνος, (γ) η επιτάχυνση και (s) το διάστημα, εκφράζουν και τους νόμους της ομαλά μεταβαλλόμενης κίνησης, δηλαδή η ταχύτητα είναι ανάλογη προς το χρόνο, όπως και το διάστημα που διανύει το κινητό είναι ανάλογο προς το τετράγωνο του χρόνου. Μια αλλαγή στη μορφή των τύπων δημιουργείται, όταν το κινητό έχει αρχική ταχύτητα. Η ελεύθερη πτώση των σωμάτων και η βολή προς τα πάνω είναι, αντίστοιχα, επιταχυνόμενες και επιβραδυνόμενες κινήσεις. Από τις καμπυλόγραμμες κινήσεις η πιο απλή είναι η ομαλή κυκλική κίνηση, δηλαδή η κίνηση ενός κινητού, που σε ίσους χρόνους διαγράφει ίσα τόξα στην περιφέρεια ενός κύκλου. Στην ομαλή κυκλική κίνηση είναι απαραίτητη η δράση της κεντρομόλου δύναμης με μέτρο, διεύθυνση τη διεύθυνση της ακτίνας και φορά προς το κέντρο του κύκλου. Ο ρόλος της κεντρομόλου δύναμης είναι να μεταβάλλει τη διεύθυνση της ταχύτητας του κινητού χωρίς να επηρεάζει το μέτρο της. Στη μορφή αυτή της κίνησης διακρίνουμε δύο ταχύτητες: Τη γραμμική ταχύτητα, που είναι ο λόγος του μήκους του τόξου προς τον αντίστοιχο χρόνο, και τη γωνιακή ταχύτητα, που συνδέει τη διανυόμενη γωνία με το χρόνο. Εφόσον όλα τα σημεία ενός στρεφόμενου σώματος έχουν την ίδια γωνιακή ταχύτητα, δεν αρκεί μόνο αυτή για να δείξει ποιο σημείο του σώματος διανύει τον περισσότερο δρόμο. Ενώ από τη σχέση υ = ω•R, που συνδέει τη γραμμική ταχύτητα (υ) με τη γωνιακή (ω), βγαίνει το συμπέρασμα ότι τα σημεία που απέχουν περισσότερο από τον άξονα διανύουν μεγαλύτερο δρόμο. Η ισοταχής κυκλική κίνηση έχει, πάντοτε, επιτάχυνση, την κεντρομόλο επιτάχυνση. Χαρακτηριστικά μεγέθη της κυκλικής κίνησης είναι η περίοδος, δηλαδή ο χρόνος που χρειάζεται για μια πλήρη περιστροφή του κινητού, και η συχνότητα, που δίνει τον αριθμό των στροφών του κινητού στη μονάδα του χρόνου. Οι δυνάμεις που παρουσιάζονται στην κυκλική κίνηση είναι η κεντρομόλος και η φυγόκεντρη (βλ. λ. δύναμη). Η δράση της μιας ή της άλλης εξαρτάται από το αν ο παρατηρητής παίρνει ή δεν παίρνει μέρος στην κίνηση, οπότε η μια είναι πραγματική και η άλλη φανταστική. Η μελέτη της κάθε μορφής κίνησης συμπληρώνεται με το εμπειρικό αξίωμα της ανεξαρτησίας των κινήσεων, σύμφωνα με το οποίο η συνισταμένη κίνηση μπορεί να προκύψει ως σύνθεση δύο ή περισσότερων ανεξάρτητων μεταξύ τους κινήσεων, μετά τις κατάλληλες αναλύσεις της αρχικής ταχύτητας και των δυνάμεων που δρουν πάνω στο σώμα.
ΠΙΝΑΚΑΣ ΣΥΓΚΡΙΣΗΣ ΜΕΓΕΘΩΝ
ΜΕΤΑΦΟΡΙΚΗΣ ΚΑΙ ΠΕΡΙΣΤΡΟΦΙΚΗΣ ΚΙΝΗΣΗΣ
Μεταφορική κίνηση Περιστροφική κίνηση
Διάστημα s Γωνία στροφής φ
Γραμμική ταχύτητα υ Γωνιακή ταχύτητα ω
Γραμμική επιτάχυνση γ Γωνιακή επιτάχυνση ω΄
Μάζα m Ροπή αδράνειας Θ
Δύναμη F = mγ Ροπή Μ = Θ•ω΄
Κινητική ενέργεια
Κινητική ενέργεια

Ορμή J = mυ Στροφορμή G = Θω

Κινητική θεωρία. Θεωρία της Φυσικής, σύμφωνα με την οποία η θερμότητα είναι αποτέλεσμα της άτακτης και αδιάκοπης κίνησης των μορίων της ύλης, τα οποία στις συγκρούσεις τους μετατρέπουν την κινητική τους ενέργεια σε θερμική. Η κίνηση αυτή των μορίων λέγεται μοριακή κίνηση και αποδείχτηκε για πρώτη φορά από τον Άγγλο βοτανολόγο Μπράουν (1827), ο οποίος παρατήρησε με το μικροσκόπιο ότι ελάχιστα σε μέγεθος σωματίδια, που αιωρούνται μέσα στο νερό, βρίσκονται σε ζωηρή και αδιάκοπη κίνηση, η οποία είναι τόσο πιο έντονη, όσο μικρότερα είναι τα σωματίδια. Η πορεία των σωματιδίων δεν είναι ευθύγραμμη, αλλά αποτελεί μια τεθλασμένη γραμμή, η οποία οφείλεται στο ότι τα μόρια του νερού προσπίπτουν πάνω στα σωματίδια και τα αναγκάζουν να εκτρέπονται προς τη μια ή την άλλη κατεύθυνση. Ανάλογο φαινόμενο παρατηρείται και στα μόρια του καπνού, που αιωρούνται μέσα στον αέρα. Η κινητική θεωρία της ύλης διαμορφώθηκε πρώτα στα αέρια από τους Μάξγουελ, Κλαούζιους και Μπόλτζμαν, ως επέκταση της εξήγησης που έδωσε ο Ράμσεϊ στη μοριακή κίνηση.
Είναι απαραίτητο να αναφερθεί επίσης η συμβολή του Μπερνούλι στη διαμόρφωση της θεωρίας, επειδή ο πατέρας της υδροδυναμικής, 100 χρόνια πριν από όλους, τοποθέτησε σε σωστές βάσεις τις σχέσεις θερμότητας και εσωτερικής κίνησης των σωματιδίων. Ανάμεσα στα μόρια των σωμάτων δρουν δύο δυνάμεις: μια ελκτική, που είναι αποτελεσματική μετά από ένα όριο, και μια ισχυρή δύναμη απώθησης με μικρότερη ακτίνα δράσης. Στη στερεή κατάσταση της ύλης, οι δυνάμεις μεταξύ των μορίων προσδιορίζουν τη δομή. Οι δυνάμεις έχουν ως αποτέλεσμα κάθε ξεχωριστό άτομο να πάλλεται ακατάπαυστα προς την κατεύθυνση του διπλανού του ατόμου. Η αύξηση της θερμοκρασίας αυξάνει τη μέση ταχύτητα των μοριακών ταλαντώσεων στα στερεά, όπως ακριβώς και στα αέρια. Η μελέτη όμως της συνισταμένης κίνησης στα στερεά είναι πολύ δύσκολη, γιατί λόγω των μεγάλων δυνάμεων συνοχής δεν είναι δυνατό να παρατηρηθεί. Αντίθετα, η σπουδή της μοριακής κίνησης στα αέρια είναι περισσότερο εύκολη, αν θεωρήσει κανείς όχι μεμονωμένα μόρια, αλλά μέσες τιμές των μεγεθών που χαρακτηρίζουν την κίνηση. Έτσι, δεν έχουμε ταχύτητα μορίου αλλά μέση ταχύτητα, ούτε ορισμένη απόσταση που διανύει το μόριο αλλά μέση ελεύθερη διαδρομή. Στην κινητική θεωρία των αερίων υπάρχουν ως βάσεις ορισμένες προϋποθέσεις. Τα αέρια αποτελούνται από μόρια και άτομα όμοια μεταξύ τους σε σχήμα τελείως ελαστικών σφαιρών. Τα μόρια των αερίων κινούνται άτακτα και αδιάκοπα προς όλες τις διευθύνσεις του χώρου του δοχείου που περιέχει το αέριο. Η κινητική ενέργεια των μορίων του αερίου θεωρείται γραμμική συνάρτηση της θερμοκρασίας. Οι κρούσεις των μορίων μεταξύ τους και προς τα τοιχώματα του δοχείου είναι τελείως ελαστικές και ακολουθούν τους νόμους της ελαστικής κρούσης. Από τις συγκρούσεις των μορίων με τα τοιχώματα του δοχείου προκύπτει η πίεση, την οποία ασκεί το αέριο και η οποία δίνεται από τη σχέση, όπου (υ) η μέση ταχύτητα των μορίων και (e) η πυκνότητα του αερίου. Το αέριο θεωρείται τέλειο ή ιδανικό. Οι προϋποθέσεις αυτές της κινητικής θεωρίας είναι απαραίτητες για την εξαγωγή και τη διατύπωση των νόμων των τέλειων αερίων. Όταν το αέριο είναι κλεισμένο μέσα σε ένα ακίνητο δοχείο, η κίνηση προς τη μια κατεύθυνση εξουδετερώνεται από την όμοια μοριακή κίνηση προς την άλλη κατεύθυνση. Το μοναδικό αποτέλεσμα που γίνεται φανερό είναι η πίεση στα τοιχώματα του δοχείου, πράγμα το οποίο είναι το βασικό συμπέρασμα της κινητικής θεωρίας. Το μέγεθος των μορίων των αερίων είναι ελάχιστο, ώστε τα μόρια δε γίνονται αντιληπτά. Η Φυσική όμως με διάφορες μεθόδους κατόρθωσε να προσδιορίσει το μέγεθος, τη μάζα, την ταχύτητα, καθώς και τον αριθμό των μορίων που περιέχονται σε ένα γραμμομόριο του αερίου. Έτσι, είναι γνωστό ότι η διάμετρος των μορίων των αερίων, όταν τα θεωρήσουμε σφαιρικά, είναι της τάξης μεγέθους 0,2 μέχρι 1 εκατομμυριοστό του χιλιοστού. Επίσης βρέθηκε ότι το γραμμομόριο κάθε αερίου, στις ίδιες συνθήκες πίεσης και θερμοκρασίας, περιέχει τον ίδιο αριθμό μορίων. Αυτός είναι ο αριθμός του Αβογκάντρο Ν = 6,024•1023 μόρια/mol. Ο νόμος των Μπόιλ-Μαριότ είναι συμπέρασμα της κινητικής θεωρίας των αερίων, σύμφωνα με την οποία η πίεση ενός αερίου μεταβάλλεται αντιστρόφως ανάλογα προς τον όγκο που καταλαμβάνει το αέριο, όταν η θερμοκρασία και η μάζα του παραμένουν σταθερές.
Κινητή τηλεφωνία. Τεχνολογία που παρέχει τη δυνατότητα τηλεφωνικής κυρίως επικοινωνίας χωρίς περιορισμούς από καλώδια. Η τεχνολογία της κινητής τηλεφωνίας εξελίσσεται ταχύτατα, αλλά δεν είναι πρόσφατη. Στην πραγματικότητα στις τελευταίες δεκαετίες του 20ού αι. έκαναν την εμφάνισή τους μεγάλου κόστους κινητές διατάξεις τηλεπικοινωνιών. Το σημαντικό βήμα έγινε στις αρχές της δεκαετίας του 1980, οπότε εμφανίστηκε η αναλογική κυψελοειδής τεχνολογία. Στη δεκαετία του 1990 η κινητή τηλεφωνία μετατράπηκε σε μαζικό προϊόν στην αγορά των τηλεπικοινωνιών. Το σύστημα GSM, που λειτουργεί σε συχνότητα 900MHz, καθώς και το DCS 1800, που λειτουργεί σε συχνότητα 1800GHz αποτελούν τη συμβολή της Ευρώπης στην εξέλιξη των κινητών τηλεπικοινωνιών.
Το GSM, ένα ψηφιακό κυψελοειδές σύστημα, διαθέτει πολλές προηγμένες υπηρεσίες και χαρακτηριστικά: α) έχει συμβατότητα με το ISDN, β) έχει δυνατότητα περιαγωγής (roaming) παγκόσμια σε άλλα δίκτυα κινητής τηλεφωνίας. Ο αριθμός των συνδρομητών στο GSM εκτιμάται από το Φόρουμ UMTS (Παγκόσμιο Σύστημα Κινητών Τηλεφωνιών) ότι αυξάνεται συνεχώς με γρήγορους ρυθμούς. Οι προβλέψεις της αγοράς των κινητών ραδιοσυστημάτων δείχνουν μια αυξανόμενη ζήτηση μεγάλης σειράς υπηρεσιών από υπηρεσίες φωνής και χαμηλόρυθμες υπηρεσίες μετάδοσης δεδομένων μέχρι υπηρεσίες μετάδοσης υψηλής ταχύτητας.
Έτσι εκτός από την απλή τηλεφωνική επικοινωνία η κινητή τηλεφωνία παρέχει τη δυνατότητα για:
1. Ηλεκτρονικά δεδομένα με πρόσβαση στο διαδίκτυο, ηλεκτρονικό ταχυδρομείο, σύγχρονη μεταφορά αρχείων πολυμέσων, φορητοί υπολογιστές.
2. Βιντεοσυνδιάσκεψη, υπηρεσίες GSM+ISDN, εικονοτηλεφωνία, υπηρεσίες ευρυζωνικών δεδομένων (σχήμα 1).
3. Δεδομένα εικόνας/ήχου με προαιρετική την εικόνα, αλληλεπιδραστικές υπηρεσίες εικόνας, ηλεκτρονικό εμπόριο, συμβολή στο ραδιόφωνο και στην τηλεόραση. Εκτός από τα παραπάνω η ένωση για το GSM (οργανισμός χειριστών συστήματος GSM) αναμένει υψηλό επίπεδο ασυμμετρίας ανάμεσα στην κατερχόμενη και την ανερχόμενη ζεύξη, για την πρόσβαση στο Διαδίκτυο και τα δίκτυα της κινητής τηλεφωνίας, όπου απαιτείται μεγαλύτερη χωρητικότητα στην κατερχόμενη ζεύξη (σχήμα 2) (Δίκτυο πρόσβασης ADSL ή HDSL).
Επειδή όχι μόνο ο αριθμός των χρηστών αυξάνεται με το χρόνο αλλά και οι κινητές επικοινωνίες έχουν γίνει πιο απαιτητικές σε εύρος ζώνης και πιο ασύμμετρες, υπάρχουν παγκόσμιοι φορείς τυποποίησης οι οποίοι εργάζονται πάνω στην ανάπτυξη της χωρητικότητας και εύρους ζώνης.



Κοσμικές ακτίνες. Τύπος σωματιδιακής ακτινοβολίας με ενέργεια και διεισδυτική ικανότητα, που φτάνει στη Γη από το κοσμικό διάστημα.
Στις αρχές του 20ού αιώνα πολλοί επιστήμονες μελετούσαν δραστήρια την ακτινοβολία που εκπέμπεται από τις ραδιενεργές ουσίες και κατασκεύαζαν δέκτες για την ανίχνευσή της. Γρήγορα όμως παρατήρησαν ότι ο δέκτης σημείωνε ενδείξεις μικρής ποσότητας ακτινοβολίας, παρόλο που στο περιβάλλον του δεν υπήρχε ραδιενεργός πηγή. Θεώρησαν τότε ότι η ακτινοβολία πρέπει να προέρχεται από μια ραδιενεργό μόλυνση της γήινης επιφάνειας. Ο Αυστραλός φυσικός V.F. Hess σε ένα πείραμά του με αερόστατο σημείωσε ότι μακριά από την επιφάνεια της Γης η ένταση της ακτινοβολίας παρουσίαζε αύξηση, αντίθετα με ό,τι περίμενε. Το αναγκαστικό συμπέρασμα ήταν ότι η ακτινοβολία, που στη φύση της έμοιαζε με τη ραδιενεργό ακτινοβολία, δεν προέρχεται από τη Γη αλλά από το διάστημα. Χρειάστηκαν πολλά χρόνια για να εξακριβωθεί η φύση αυτής της ακτινοβολίας.
Γνωρίζουμε ότι οι κοσμικές ακτίνες είναι πυρηνικά σωματίδια με υψηλή ενέργεια, που μπορούν να συγκρουστούν με τους πυρήνες των ατόμων του οξυγόνου και του αζώτου στα ανώτερα στρώματα της ατμόσφαιρας. Η ακτινοβολία που παρατηρείται στην επιφάνεια της θάλασσας είναι τελείως διαφορετική στη φύση της από την αρχική ακτινοβολία του κοσμικού χώρου. Αποτελείται δηλαδή ουσιαστικά από υπολείμματα πυρήνων, που προέρχονται από συγκρούσεις. Η τεχνολογία των πυραύλων και των δορυφόρων έκανε δυνατή την ανακάλυψη πολλών λεπτομερειών για την κοσμική ακτινοβολία, η οποία διακρίνεται σε πρωτογενή και δευτερογενή ακτινοβολία. Το μεγαλύτερο μέρος των κοσμικών ακτίνων κατέχει η πρωτογενής ακτινοβολία, η οποία αποτελείται από πρωτόνια, πυρήνες ηλίου και βαρύτερους πυρήνες λιθίου, βηρυλλίου, βαρίου, άνθρακα, αζώτου και οξυγόνου. Ακόμη, υπάρχουν μερικά ηλεκτρόνια και ελάχιστοι πυρήνες σιδήρου. Όλα αυτά τα σωματίδια έχουν ενέργειες μεταξύ 100 και 1.000 eV (ηλεκτρονιοβόλτ), δηλαδή της περιοχής ενεργειών που μπορούν να παράγουν στα εργαστήρια τα κυκλοτρόνια και άλλες επιταχυντικές διατάξεις.
Οι κοσμικές ακτίνες κατά την είσοδό τους στην ατμόσφαιρα της Γης προκαλούν ιονισμό των ανώτερων στρωμάτων της (ιονόσφαιρα), δηλαδή συγκρούονται με τα άτομα του αέρα και αποσπούν από αυτά ηλεκτρόνια. Έτσι, η ιονόσφαιρα ενεργεί ως προστατευτική ασπίδα της γήινης επιφάνειας από τις επικίνδυνες για την ύπαρξη της ζωής εξωγήινες ακτινοβολίες. Η κοσμική ακτινοβολία επίσης προκαλεί φαινόμενα, όπως το βόρειο σέλας, που οφείλονται και αυτά στον ιονισμό.
Η αύξηση της έντασης της κοσμικής ακτινοβολίας ανάλογα με το γεωγραφικό πλάτος, αποδεικνύει ότι η πρωτογενής ακτινοβολία αποτελείται από φορτισμένα σωματίδια τα οποία είναι ευκολότερο να φτάσουν στη Γη όταν έχουν μικρή ενέργεια και προέρχονται από δυτική κατεύθυνση. Τα πρωτογενή όμως σωματίδια σπάνια φτάνουν στην επιφάνεια της Γης, γιατί συγκρούονται με τα σωματίδια των ανώτερων ατμοσφαιρικών σωμάτων και δημιουργούν βλήματα με υψηλή ενέργεια, τα οποία κινούνται προς την επιφάνεια της Γης. Στα κατώτερα λοιπόν στρώματα της ατμόσφαιρας δημιουργείται η δευτερογενής ακτινοβολία, στην οποία διακρίνουμε δύο συνιστώσες, τη σκληρή και τη μαλακή συνιστώσα. Η σκληρή είναι πολύ διεισδυτική, αποτελεί το 80% της κοσμικής ακτινοβολίας, που φτάνει στην επιφάνεια της θάλασσας και περιέχει μεγάλη ποικιλία σωματιδίων, ανάμεσα στα οποία διακρίνουμε νετρόνια, μεσόνια και υπερόνια. Η μαλακή συνιστώσα έχει μικρή διεισδυτική ικανότητα και αποτελείται από φωτόνια, ηλεκτρόνια και ποζιτρόνια.
Δύο βασικά προβλήματα απασχολούν την αστροφυσική σε σχέση με τις κοσμικές ακτίνες. Το πρόβλημα της προέλευσής τους και το πρόβλημα της φύσης των σωμάτων, τα οποία δημιουργούν τις τεράστιες επιταχύνσεις. Γνωρίζουμε ότι στο Γαλαξία υπάρχει άφθονη ροή κοσμικών ακτίνων, η οποία οφείλει να συντηρείται. Ο Ήλιος εκπέμπει μερικά σωματίδια με υψηλή ενέργεια, αλλά το μεγαλύτερο μέρος των κοσμικών ακτίνων που παρατηρούμε στη Γη είναι γαλαξιακής προέλευσης. Μαγνητικά πεδία του Γαλαξία αναγκάζουν τα σωματίδια να κινούνται κατά μήκος σπειροειδών τροχιών και να πέφτουν ομοιόμορφα στη Γη, ώστε να μην είναι δυνατός ο προσδιορισμός του αρχικού σημείου εκπομπής τους. Από την άποψη αυτή οι κοσμικές ακτίνες συμπεριφέρονται τελείως διαφορετικά από το φως, που ακολουθεί ευθύγραμμη τροχιά. Αν τα μάτια μας ήταν ευαίσθητα στην κοσμική ακτινοβολία, δε θα μπορούσαμε να διακρίνουμε ένα ουράνιο σώμα, γιατί ο ουρανός θα φαινόταν ομοιόμορφα γκρίζος. Ο Ιταλός φυσικός Ε. Φέρμι είναι ο πρώτος που με τη θεωρία του παραδέχεται ότι οι κινήσεις των γαλαξιακών μαγνητικών πεδίων είναι υπεύθυνες για την επιτάχυνση των κοσμικών ακτίνων. Νεότερες θεωρίες παραδέχονται ότι το συγκεκριμένο σημείο εκπομπής κοσμικών ακτίνων είναι τα υπολείμματα των υπερκαινοφανών αστέρων, που εκπέμπουν σωματίδια υψηλής ενέργειας. Η εκπομπή των κοσμικών ακτίνων συνοδεύεται και από εκπομπή ηλεκτρομαγνητικής ακτινοβολίας με φασματική κατανομή, που οφείλεται στα ηλεκτρόνια υψηλής ενέργειας. Η ηλιακή δραστηριότητα με τον ενδεκαετή κύκλο των κηλίδων είναι υπεύθυνη για τη διαμόρφωση που περιοδικά προκαλείται στην ένταση των κοσμικών ακτίνων.
Ο χρόνος ζωής των κοσμικών ακτίνων δεν είναι γνωστός με μεγάλη ακρίβεια, αλλά υπολογίζεται με βάση τη μέση πυκνότητα του αερίου του Γαλαξία.
Λόγω της τεράστιας ενέργειάς τους, οι κοσμικές ακτίνες έχουν μεγάλη σημασία για τους οργανισμούς που καθημερινά δέχονται την επίδρασή τους.
Η έρευνα της κοσμικής ακτινοβολίας βοήθησε με τον καλύτερο τρόπο στην ανάπτυξη της φυσικής των υψηλών ενεργειών και συμβάλλει οπωσδήποτε σημαντικά στον αγώνα της αστροφυσικής για τη βαθύτερη κατανόηση του σύμπαντος.
Κύκλοτρο ή κυκλοτρόνιο . Επιταχυντική διάταξη, η οποία μεταδίδει σε ηλεκτρισμένα σωματίδια πολύ μεγάλες ταχύτητες, απαραίτητες για τη δημιουργία τεχνητών μεταστοιχειώσεων και σχάσεων των ατόμων.
Η πρώτη κατασκευή κύκλοτρου ήταν αποτέλεσμα των ερευνών του Αμερικανού φυσικού Λόρενς (1931). Το κύκλοτρο του τύπου αυτού αποτελείται από δύο κοίλα ηλεκτρόδια σε σχήμα μισού κυλίνδρου, τα οποία βρίσκονται σε μικρή μεταξύ τους απόσταση και συνδέονται με πηγή εναλλασσόμενης τάσης πολύ υψηλής συχνότητας. Τα δύο ηλεκτρόδια βρίσκονται μέσα σε ένα δοχείο χωρίς αέρα, ενώ ολόκληρο το δοχείο είναι τοποθετημένο ανάμεσα στους πόλους ενός ισχυρού ηλεκτρομαγνήτη.
Η πηγή παραγωγής των φορτισμένων σωματιδίων βρίσκεται στο κέντρο του διάκενου, μεταξύ των δύο ηλεκτροδίων. Η πολικότητα των ηλεκτροδίων είναι αντίθετη, οπότε τα σωματίδια επιταχύνονται στο διάκενο και κινούνται προς το εσωτερικό του ενός ηλεκτροδίου, όπου δεν υπάρχει ηλεκτρικό πεδίο, αλλά μόνο το ομογενές μαγνητικό πεδίο, που με την επίδρασή του τα σωματίδια διαγράφουν κυκλικές τροχιές.
Η διαδρομή σε κάθε ηλεκτρόδιο είναι ένα τόξο 180°. Ακολουθεί η έξοδος, η νέα επιτάχυνση στο διάκενο χώρο και η είσοδος στο δεύτερο ηλεκτρόδιο. Για τη δημιουργία αυτής της αδιάκοπης κίνησης ανάμεσα στα δύο ηλεκτρόδια είναι απαραίτητη η κατάλληλη ρύθμιση της συχνότητας της τάσης, ώστε η αλλαγή της πολικότητας των ηλεκτροδίων να συμβαίνει στη χρονική στιγμή που χρειάζεται. Επειδή συνεχώς η κινητική ενέργεια των σωματιδίων γίνεται μεγαλύτερη και οι ακτίνες των ημικυκλικών τροχιών γίνονται μεγαλύτερες. Ο χρόνος της διαδρομής των σωματιδίων σε κάθε ηλεκτρόδιο είναι ανεξάρτητος από την ταχύτητα των σωματιδίων. Η ολική τροχιά του κάθε σωματιδίου μοιάζει με μια σπειροειδή καμπύλη. Όταν η ακτίνα της τροχιάς γίνει ίση με την ακτίνα των ηλεκτροδίων, το σωματίδιο φεύγει από ένα κατάλληλο άνοιγμα και συγκρούεται με το στοιχείο-στόχο. Το κύκλοτρο είναι κατάλληλο για την επιτάχυνση βαριών σωματιδίων, όπως τα πρωτόνια, τα δευτερόνια, τα σωματίδια -α, και όχι ελαφρών, όπως είναι τα ηλεκτρόνια. Το κύκλοτρο αυτού του τύπου δίνει πρωτόνια και δευτερόνια με ενέργεια 28 MeV και σωματίδια-α με ενέργεια 56 MeV.
όπου (Q) το φορτίο, (m) η μάζα του σωματιδίου, (R) η τελική ακτίνα και (Β) η μαγνητική επαγωγή του πεδίου. Η δέσμη των σωματιδίων που βγαίνουν από το κύκλοτρο γίνεται ορατή, γιατί προκαλεί ισχυρό ιονισμό στον αέρα του περιβάλλοντος. Τροποποίηση του κύκλοτρου με μεγαλύτερες δυνατότητες είναι το συγχροκύκλοτρο.
Κύμανση. Η τοπική και χρονική περιοδικότητα στην ταλάντωση ενός εκτεταμένου μέσου. Υπάρχει μια διάκριση ανάμεσα στην ταλάντωση και την κύμανση. Η ταλάντωση αναφέρεται στη χρονική περιοδικότητα του κάθε σημείου χωριστά, ενώ η κύμανση αναφέρεται στο συνολικό αποτέλεσμα που δημιουργείται από τη διάδοση του κύματος που τη χαρακτηρίζει. Τα κύματα, εγκάρσια και διαμήκη, είναι οι φορείς που υλοποιούν τις κυμάνσεις. Επομένως οι χαρακτηριστικές ιδιότητες και η συμπεριφορά των κυμάτων, καθώς επίσης και η έρευνα της δημιουργίας και της διάδοσής τους, είναι τα αντικείμενα που ενδιαφέρουν τη θεωρία των κυμάνσεων. Μια κύμανση δε συνοδεύεται από διάδοση ύλης στο χώρο, αλλά από μεταφορά ενέργειας. Η μεταφερόμενη ισχύς, όταν πρόκειται για γραμμικά αρμονικά κύματα, είναι ανάλογη με τη γραμμική πυκνότητα μάζας (ρ) του μέσου διάδοσης, ανάλογη με το τετράγωνο του πλάτους (α) της ταλάντωσης, ανάλογη με το τετράγωνο της κυκλικής συχνότητας (ω), ανάλογη με την ταχύτητα διάδοσης του κύματος (υ).
Η ενέργεια την οποία εκπέμπει η πηγή στη διάρκεια μιας περιόδου βρίσκεται ολόκληρη στο κύμα που δημιουργήθηκε στο χρονικό διάστημα της περιόδου. Η κύμανση είναι δυνατό να ακολουθεί ένα γραμμικό ελαστικό μέσο διάδοσης ή να διαδίδεται σε όλες τις διευθύνσεις ενός ισότροπου μέσου, οπότε έχουμε τη διάδοση σφαιρικών κυμάτων.
Τα περισσότερα φαινόμενα που συνδέονται με τη διάδοση κύμανσης εξηγούνται με βάση την αρχή του Χόιχενς. Σύμφωνα με αυτή, κάθε σημείο στο μέτωπο του κύματος μπορεί να θεωρηθεί ως πηγή εκπομπής δευτερογενών σφαιρικών κυμάτων, τα οποία απομακρύνονται από την πηγή με τη χαρακτηριστική ταχύτητα διάδοσης του κύματος στο μέσο διάδοσης. Μετά την πάροδο ορισμένου χρόνου το νέο κυματικό μέτωπο ορίζεται από την επιφάνεια που εφάπτεται με τα μέτωπα δευτερογενών κυμάτων.
Το φαινόμενο της περίθλασης, στο οποίο διαπιστώνεται ότι δεν είναι πάντα ευθύγραμμη η διάδοση κυμάτων, είναι η καλύτερη απόδειξη της αρχής του Χόιχενς. Άλλα φαινόμενα που εμφανίζονται στη διάδοση των κυμάτων είναι η ανάκλαση, η διάθλαση και η πόλωση, τελείως ανάλογα με τα αντίστοιχα φαινόμενα της οπτικής. Στην περίπτωση της διάδοσης δύο ή περισσότερων κυμάνσεων μέσα στο ίδιο υλικό μέσο έχουμε το φαινόμενο της συμβολής. Η ταχύτητα (υ) διάδοσης μιας κύμανσης εξαρτάται από τη συχνότητα (ν) και από το μήκος κύματος (λ). Η σχέση που συνδέει τα τρία αυτά μεγέθη είναι: υ = λ•ν.
Κύτταρο. Η έννοια του κυττάρου στη φυσική αναφέρεται σε μικρές διατάξεις χωρίς κινητά μέρη, οι οποίες με βάση κάποιο χαρακτηριστικό φαινόμενο χρησιμοποιούνται σε πειραματικές έρευνες ή σε πρακτικές εφαρμογές.
1. Κύτταρο φωτοηλεκτρικό. Πρόκειται για εφαρμογή του φωτοηλεκτρικού φαινομένου, που αποτελείται από αερόκενο γυάλινο δοχείο, στο εσωτερικό του οποίου βρίσκεται μια επιφάνεια που είναι καλυμμένη με στρώμα από καίσιο ή ρουβίδιο, ενώ ένα μεταλλικό ηλεκτρόδιο τοποθετείται απέναντι από την πλάκα. Το καίσιο και το ρουβίδιο είναι φωτοευαίσθητα μέταλλα και παρουσιάζουν έντονο το φωτοηλεκτρικό φαινόμενο, δηλαδή εκπέμπουν ηλεκτρόνια όταν επιδράσει πάνω τους ακτινοβολία με κατάλληλη συχνότητα. Αν συνδέσουμε τη φωτοπαθή πλάκα με τον αρνητικό πόλο μιας πηγής και το μεταλλικό ηλεκτρόδιο με το θετικό πόλο, τότε, στην περίπτωση που φωτίσουμε την πλάκα, παρατηρούμε την εμφάνιση φωτοηλεκτρικού ρεύματος, το οποίο διεγείρει ένα γαλβανόμετρο που τοποθετείται στο κύκλωμα. Δηλαδή η πρόσπτωση του φωτός στην πλάκα (κάθοδο) και η εκπομπή φωτοηλεκτρονίων κλείνουν το κύκλωμα και η ένταση του παραγόμενου φωτοηλεκτρικού ρεύματος είναι ανάλογη με την ένταση του φωτός που προσπίπτει στην πλάκα. Η ευαισθησία ενός φωτοκυττάρου δίνεται από το πηλίκο του παραγόμενου ρεύματος προς τη συνολική φωτεινή ροή που προσπίπτει στην κάθοδο. Η χαρακτηριστική ιδιότητα του φωτοκυττάρου είναι ότι μετατρέπει τις διακυμάνσεις της φωτεινής έντασης σε διακυμάνσεις έντασης ρεύματος.
Οι κυριότερες πρακτικές εφαρμογές του είναι: α) Χρησιμοποιείται ως απόλυτο φωτόμετρο για την εκτίμηση της έντασης φωτεινών πηγών. β) Εργάζεται ως αυτόματη συσκευή σήμανσης και απαρίθμησης ατόμων ή οχημάτων που περνούν από μια δίοδο καθώς και ως σύστημα συναγερμού. γ) Αυτοματοποιεί το άναμμα και το σβήσιμο των φάρων και των φωτεινών πηγών με την ανατολή και τη δύση του ηλίου. δ) Ανοίγει αυτόματα πόρτες όταν πλησιάσουν άτομα ή οχήματα. ε) Διαχωρίζει, σε συνδυασμό με μηχανική διάταξη, διάφορα είδη ή υλικά, ανάλογα με το χρώμα. στ) Χρησιμοποιείται στην ηλεκτρική μεταβίβαση εικόνων και στην τηλεόραση. ζ) Αποτέλεσε το βασικό παράγοντα στη δημιουργία του ηχητικού κινηματογράφου κ.α.
2. Κύτταρο Κερ. Η λειτουργία του κυττάρου Κερ στηρίζεται στο φαινόμενο Κερ, σύμφωνα με το οποίο το ηλεκτρικό πεδίο προκαλεί την εμφάνιση της διπλής διάθλασης στα οπτικά ισότροπα διηλεκτρικά. Το κύτταρο Κερ αποτελείται από ένα διαφανές δοχείο, το οποίο περιέχει νιτροβενζόλιο. Μέσα στο υγρό είναι βυθισμένοι οι οπλισμοί ενός πυκνωτή, ανάμεσα στους οποίους δημιουργείται ηλεκτρικό πεδίο και το νιτροβενζόλιο μετατρέπεται σε διπλοθλαστικό. Το κύτταρο χρησιμοποιείται, όταν είναι απαραίτητη η μετατροπή της μεταβολής της ηλεκτρικής τάσης σε μεταβολές φωτεινής ροής. Πρακτικές εφαρμογές του συναντάμε στην τηλεφωτογραφία και στην εγγραφή του ήχου στις κινηματογραφικές ταινίες.
Λέιζερ (laser). Αρχικά γράμματα της φράσης «Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation», η οποία σημαίνει «ενίσχυση φωτός με εξαναγκασμένη εκπομπή ακτινοβολίας». Όταν με ένα φακό δημιουργηθεί εστίαση μιας δέσμης ακτίνων λέιζερ, τότε τα χαρακτηριστικά της συγκεντρωμένης δέσμης είναι η μεγάλη ένταση, η τεράστια ενέργεια σε κάθε μονάδα επιφάνειας και η απόλυτη παραλληλία. Η βασική αρχή της λειτουργίας των διατάξεων λέιζερ στηρίζεται στην απορρόφηση και στην εκπομπή ακτινοβολίας από το άτομο, δηλαδή στη διέγερση και αποδιέγερση του ατόμου. Η προσφορά ενέργειας σε ένα άτομο έχει ως συνέπεια τη μεταβολή της ενεργειακής του κατάστασης, δηλαδή τη μετάβαση από τη θεμελιώδη στάθμη ενέργειας σε μια άλλη υψηλότερη, η οποία υλοποιείται με τη μεταπήδηση όσο το δυνατό περισσότερων ηλεκτρονίων σε εξωτερικές τροχιές. Επειδή κάθε τροχιά χαρακτηρίζεται από ορισμένη ποσότητα ενέργειας, οι ενεργειακές μεταβολές διαμορφώνονται με κβάντο το h • v. Η μετάπτωση των ηλεκτρονίων σε κατώτερες εσωτερικές τροχιές συνοδεύεται από αυτόματη εκπομπή ακτινοβολίας. Αντίθετα, μεγαλύτερη σπουδαιότητα παρουσιάζει στην περίπτωση των λέιζερ ο τρόπος αποδιέγερσης ενός ατόμου, κατά τον οποίο το διεγερμένο άτομο παρασύρεται σε αποδιέγερση και επομένως σε εκπομπή ενός φωτονίου, τη στιγμή κατά την οποία το άτομο δέχεται την επίδραση ενός άλλου φωτονίου. Για να δημιουργηθεί εξαναγκασμένη εκπομπή, πρέπει να διεγερθούν τα άτομα με βομβαρδισμό από φωτόνια που έχουν ενέργεια μεγαλύτερη από εκείνη των φωτονίων της αυτόματης εκπομπής. Η ενέργεια η οποία απορροφάται από ένα υλικό είναι ανάλογη με το σύνολο των ατόμων του Ν(Ε1), που βρίσκονται στην πιο χαμηλή ενεργειακή κατάσταση, ενώ η ενέργεια η οποία εκπέμπεται εξαρτάται από το σύνολο των ατόμων Ν(Ε2), που βρίσκονται στην υψηλότερη στάθμη ενέργειας. Για να υπάρχει λοιπόν ενίσχυση της ακτινοβολίας, πρέπει να ισχύει η σχέση Ν(Ε2) > Ν(Ε1), δηλαδή πρέπει ο αριθμός των ατόμων υψηλής ενέργειας να είναι μεγαλύτερος από τον αριθμό των ατόμων χαμηλής ενέργειας. Στη γενική περίπτωση της θερμικής ισορροπίας συμβαίνει το αντίστροφο, έχουμε δηλαδή Ν(Ε2) < Ν(Ε1). Για την αλλαγή της φοράς του σημείου της ανισότητας είναι απαραίτητη η εξωτερική ενεργειακή επίδραση. Η φυσική διεργασία με την οποία δημιουργείται η συνθήκη Ν(Ε2) > Ν(Ε1) λέγεται αντιστροφή ποσοστών και είναι η πιο απαραίτητη και σημαντική διαδικασία για τη λειτουργία κάθε τύπου λέιζερ. Ανάλογα με το χρησιμοποιούμενο υλικό η διάταξη λέιζερ εκπέμπει φως κατά συνεχή τρόπο (λέιζερ συνεχούς λειτουργίας) ή κατά παλμούς (λέιζερ παλμών).
Το λέιζερ παλμών αποτελείται από ράβδο ρουμπινιού, είναι συνθετικής κατασκευής με βάση το οξείδιο του αργιλίου (Αl2Ο3) και πρόσμειξη ιόντων τρισθενούς χρωμίου, στα οποία οφείλεται το ερυθρό-πορτοκαλί χρώμα του κρυστάλλου. Η ράβδος έχει κυλινδρικό σχήμα με διάμετρο 3 χιλιοστών και μήκος 3 εκατοστών και περιβάλλεται από λυχνία αερίου, στην οποία συμβαίνουν εκκενώσεις με πολύ μικρή χρονική διάρκεια. Η συχνότητα της ακτινοβολίας των εκκενώσεων έχει τέτοια τιμή, ώστε προκαλεί μετατοπίσεις των ηλεκτρονίων του χρωμίου και επαναφορά τους στην αρχική ενεργειακή στάθμη με ταυτόχρονη εκπομπή ερυθρών φωτονίων. Η μια πλευρά της ράβδου είναι επαργυρωμένη και δρα ως κάτοπτρο, ενώ η άλλη είναι μισοεπαργυρωμένη, για να επιτρέπει την έξοδο της δέσμης. Το λέιζερ ρουμπινιού παράγει μια απόλυτα παράλληλη δέσμη ερυθρού φωτός, το οποίο είναι μονοχρωματικό και βγαίνει κατά παλμούς. Η ισχύς των παλμών είναι της τάξης πολλών χιλιάδων βατ.
Στο λέιζερ συνεχούς λειτουργίας γίνεται αντικατάσταση της ράβδου ρουμπινιού με ένα σωλήνα, ο οποίος περιέχει μείγμα αερίου νέου και ηλίου και έχει στη βάση του κάτοπτρα. Τα αέρια έχουν πιέσεις 1 mmHg και 0,1 mmHg αντίστοιχα και η διέγερσή τους γίνεται με ηλεκτρικές εκκενώσεις ρεύματος υψηλής συχνότητας (28 Mc/sec). Η δέσμη που βγαίνει από το λέιζερ He – Ne είναι συνεχής παράλληλη δέσμη ερυθρού φωτός, της οποίας το μήκος κύματος είναι ίσο προς 6.328 Å (άνγκστρεμ).
Εφαρμογές. Η απόλυτη παραλληλία της δέσμης ακτίνων λέιζερ δίνει φωτεινή κηλίδα 10.000 φορές πιο λαμπρή από εκείνη που θα παίρναμε από ηλιακή επιφάνεια ίση με την επιφάνεια των λέιζερ. Αυτό έχει ως συνέπεια την ανάπτυξη τεράστιων ποσοτήτων θερμότητας, οπότε στη βιομηχανία τα λέιζερ χρησιμοποιούνται για το κόψιμο των μετάλλων, χωρίς τον κίνδυνο της ανάφλεξης των γειτονικών τμημάτων. Οι ιδιότητες της δέσμης λέιζερ χρησιμοποιούνται και στην αστρονομία για τον προσδιορισμό της απόστασης και της ταχύτητας κίνησης διάφορων μακρινών ουράνιων σωμάτων. Στις τηλεπικοινωνίες η δέσμη λέιζερ χρησιμοποιείται, αφού διαμορφωθεί κατάλληλα, για την ταυτόχρονη μεταφορά χιλιάδων συνδιαλέξεων. Επίσης, με διαδοχικές ανακλάσεις της δέσμης σε τεχνητούς δορυφόρους είναι δυνατή η παγκόσμια τηλεοπτική κάλυψη με δεκάδες διαφορετικά προγράμματα. Στη χειρουργική η δέσμη λέιζερ χρησιμοποιείται αντί των συνηθισμένων νυστεριών για τομές. Η δέσμη λέιζερ αποτέλεσε το βασικό παράγοντα για την ανάπτυξη του κλάδου της Συμβολομετρίας που λέγεται Ολογραφία και δημιουργεί φωτογραφικές ανασυνθέσεις με μέτωπα κύματος. Στη μικροηλεκτρονική διάφορα εξαρτήματα κατασκευάζονται με μεγάλη ευκολία, ενώ νέοι δρόμοι ανοίγονται συνεχώς στους διάφορους τομείς της τεχνολογίας.
Μαγνήτης. Μεταλλικό υλικό το οποίο έχει την ιδιότητα να έλκει μικρά κομμάτια από διάφορα μέταλλα. Από τα πολύ παλιά χρόνια ήταν γνωστός ο φυσικός μαγνήτης (Fe3O4, επιτεταρτοξείδιο του σιδήρου), ενώ υπάρχουν και οι τεχνητοί μαγνήτες, οι οποίοι έχουν σχήμα και ιδιότητες ανάλογες με τη χρήση τους. Οι τεχνητοί μαγνήτες δημιουργούνται με την τριβή, κρούση ή επίδραση μαγνητικού πεδίου σε μαλακό σίδηρο ή ατσάλι.
Στην περίπτωση του μαλακού σιδήρου, ο μαγνήτης που κατασκευάζεται χάνει γρήγορα τις μαγνητικές του ιδιότητες και γι’ αυτό λέγεται παροδικός μαγνήτης, ενώ όταν το ατσάλι αποκτήσει μαγνητισμό, μετατρέπεται σε μόνιμο μαγνήτη. Η ιδιότητα που έχουν οι μαγνήτες να έλκουν κομμάτια μετάλλου λέγεται μαγνητισμός.
Το σχήμα ενός μαγνήτη, ανάλογα με την πρακτική του χρησιμότητα, μπορεί να μοιάζει με ράβδο, οπότε ο μαγνήτης λέγεται ραβδόμορφος, ή με πέταλο, οπότε ο μαγνήτης λέγεται πεταλοειδής. Και στις δύο περιπτώσεις διακρίνουμε τους δύο πόλους, το Βόρειο και το Νότιο, όπως λέγονται, οι οποίοι είναι σημεία στα οποία εκδηλώνεται εντονότερα η μαγνητική ιδιότητα. Στους ραβδόμορφους μαγνήτες υπάρχει άπωση ανάμεσα στους ομώνυμους μαγνητικούς πόλους των στοιχειωδών μαγνητών και οι πόλοι δε βρίσκονται ακριβώς στα άκρα, αλλά προς το εσωτερικό της ράβδου και σε απόσταση 1/12 από αυτά (1 είναι το μήκος του ραβδόμορφου μαγνήτη). Ουδέτερη ζώνη σ’ ένα μαγνήτη είναι η ζώνη ανάμεσα στους πόλους, η οποία παρουσιάζει ασθενέστατη μαγνητική επίδραση. Το υποθετικό φυσικό ποσό που καθορίζει τη μαγνητική επίδραση ανάμεσα στους μαγνήτες λέγεται μαγνητική μάζα ή ποσότητα μαγνητισμού. Το μέγεθος της μαγνητικής μάζας είναι αποτέλεσμα του μεγάλου ή μικρού βαθμού προσανατολισμού των μοριακών μαγνητών του μαγνήτη. Η ποσότητα του βόρειου μαγνητικού πόλου χαρακτηρίζεται ως θετική, ενώ του νότιου πόλου ως αρνητική. Η δημιουργία ποσότητας μαγνητισμού σε ράβδο μαλακού σιδήρου ή ατσαλιού είναι δυνατό να γίνει εξ επαφής ή εξ επαγωγής, ενώ η έλξη ή η άπωση ανάμεσα σε δύο ποσότητες μαγνητισμού (m1) και (m2) δίνεται από τη σχέση η οποία εκφράζει το νόμο του Κουλόμπ:
όπου (Κ) μια σταθερά και (R) η απόσταση ανάμεσα στις δύο μαγνητικές ποσότητες m1 και m2. Θεωρητικά, κάθε μαγνήτης αποτελείται από πλήθος πολύ μικρών μαγνητών, οι οποίοι λέγονται μοριακοί μαγνήτες. Η εμφάνιση των μαγνητικών ιδιοτήτων είναι αποτέλεσμα του προσανατολισμού των μοριακών μαγνητών, ύστερα από επίδραση μιας εξωτερικής αιτίας. Οι δύο μαγνητικοί πόλοι παρουσιάζονται πάντα μαζί αποτελώντας το μαγνητικό δίπολο, όπως ακριβώς στην περίπτωση του ηλεκτρικού διπόλου. Με κανέναν τρόπο δεν είναι δυνατό να απομονώσουμε έναν από τους δύο πόλους, σε αντίθεση με τα ηλεκτρικά φορτία, στα οποία ο διαχωρισμός είναι δυνατός. Ειδική μορφή μαγνήτη αποτελούν οι ηλεκτρομαγνήτες, ενώ στην περίπτωση των απλών μαγνητών ισχυρότεροι είναι εκείνοι που έχουν ως βασικό τους υλικό κράματα μετάλλων
(π.χ. μαγνήτης Al – Ni – Co).
Μαγνητισμός. Κεφάλαιο της Φυσικής το οποίο ασχολείται με την ιδιότητα που έχουν ή αποκτούν ορισμένα σώματα να έλκουν μικρά κομμάτια από σίδηρο. Η ιδιότητα αυτή είναι αποτέλεσμα του προσανατολισμού των μοριακών μαγνητών, από τους οποίους υποθέτουμε ότι αποτελείται κάθε μαγνήτης. Τα μεταλλικά υλικά που έχουν αυτή την ιδιότητα λέγονται μαγνήτες.
Οι πόλοι των μαγνητών δρουν ο ένας πάνω στον άλλο κατά τρόπο που θυμίζει τη δράση ηλεκτρικών φορτίων. Οι ομώνυμοι πόλοι απωθούνται, ενώ οι ετερώνυμοι έλκονται. Οι μαγνητικοί πόλοι απωθούνται ή έλκονται σύμφωνα με το νόμο των αντίστροφων τετραγώνων, όπως ο νόμος της βαρυτικής έλξης ή της ηλεκτρικής αλληλεπίδρασης. Παρ’ όλες τις ομοιότητες μεταξύ των αλληλεπιδράσεων των ηλεκτρικών φορτίων και των μαγνητικών πόλων, υπάρχει μία ουσιώδης διαφορά. Τα ηλεκτρικά φορτία υπάρχουν το καθένα από μόνο του (π.χ. ένα ηλεκτρόνιο ή ένα πρωτόνιο), ενώ ένας μαγνητικός πόλος δεν μπορεί να αποχωρισθεί από έναν άλλο. Οι μαγνητικοί πόλοι υπάρχουν πάντοτε σε ζεύγη. Οι δυναμικές γραμμές του μαγνητικού πεδίου είναι κλειστές, σε αντίθεση με τις δυναμικές γραμμές του ηλεκτρικού πεδίου οι οποίες είναι ανοικτές. Το μαγνητικό πεδίο ορίζεται με βάση τη δύναμη την οποία ασκεί αυτό πάνω σε ένα κινούμενο φορτισμένο σωμάτιο. Το μέτρο της μαγνητικής δύναμης είναι F = q ∙ υ ∙ B ∙ ημθ, όπου q το μέτρο του φορτίου, υ η ταχύτητά του, Β το μέτρο της μαγνητικής επαγωγής και θ η γωνία ανάμεσα στα διανύσματα της ταχύτητας και της μαγνητικής επαγωγής. Η μαγνητική δύναμη είναι κάθετη στο επίπεδο που ορίζεται από τα διανύσματα της ταχύτητας και της μαγνητικής επαγωγής και η φορά της προσδιορίζεται με τον κανόνα του δεξιόστροφου κοχλία. Ένα σταθερό εξωτερικό μαγνητικό πεδίο μπορεί να μεταβάλει την κατεύθυνση, αλλά όχι και το μέτρο της ταχύτητας του φορτίου. Στο διεθνές σύστημα μονάδων (SI) μονάδα του μαγνητικού πεδίου είναι το βέμπερ (Wb) ανά τετραγωνικό μέτρο, το οποίο ονομάζεται τέσλα (1 Τ =).
Μαγνητική ροή σε ένα ομογενές μαγνητικό πεδίο είναι το γινόμενο του εμβαδού (S) μίας επιφάνειας που βρίσκεται μέσα στο πεδίο και της έντασης του μαγνητικού πεδίου (Β). Δίνεται από τη σχέση Φ = Β ∙ S ∙ συνα, όπου συνα ένας παράγοντας που καθορίζει τον προσανατολισμό της επιφάνειας σε σχέση με τις δυναμικές γραμμές. Μονάδα μαγνητικής ροής είναι το βέμπερ (Wb). Οι διάφοροι τύποι των μαγνητικών πεδίων καθορίζονται από τη διαμόρφωση στο χώρο των δυναμικών γραμμών.
Έτσι, διακρίνουμε το ομογενές μαγνητικό πεδίο, το πεδίο του ραβδόμορφου μαγνήτη και το μαγνητικό πεδίο ευθύγραμμου ρεύματος. Περισσότερο εύκολη είναι η μελέτη του ομογενούς μαγνητικού πεδίου, γιατί σε κάθε σημείο του το διάνυσμα της έντασης έχει την ίδια διεύθυνση, την ίδια φορά και την ίδια αριθμητική τιμή, ενώ οι δυναμικές γραμμές είναι παράλληλες και ισαπέχουσες.
Η ένταση προσδιορίζεται με ειδικά όργανα, που λέγονται μαγνητόμετρα και είναι πολύ χρήσιμα, γιατί σε πολλές τεχνολογικές εφαρμογές η ανάπτυξη ισχυρών μαγνητικών πεδίων επηρεάζει την καλή λειτουργία λεπτών και πολύπλοκων συσκευών. Σ’ αυτήν την περίπτωση τα όργανα προφυλάσσονται με μαγνητική θωράκιση. Τη δυνατότητα αυτή μας τη δίνει η μεγάλη μαγνητική διαπερατότητα του σιδήρου, ο οποίος σε σχήμα κοίλης σφαίρας συγκεντρώνει στην εξωτερική επιφάνεια τις δυναμικές γραμμές του πεδίου και αφήνει απρόσβλητο τον εσωτερικό χώρο. Η ιδιότητα του σιδήρου να μαγνητίζεται περιοδικά και να απομαγνητίζεται χρησιμοποιείται σε πολλές εφαρμογές του ηλεκτρισμού (ρελέ, μαγνητόφωνα, ηλεκτρονικοί υπολογιστές κ.ά.). Υλικά τα οποία παρουσιάζουν ίδιες μαγνητικές ιδιότητες με του σιδήρου λέγονται σιδηρομαγνητικά και έχουν, για ένα όριο θερμοκρασίας, μεγάλη τιμή μαγνητικής διαπερατότητας. Σε ορισμένα υλικά οι ιδιότητες αυτές εμφανίζονται σε πολύ μικρό βαθμό και η μαγνητική διαπερατότητα μόλις ξεπερνάει τη μονάδα. Τα υλικά αυτά λέγονται παραμαγνητικά. Αντίθετα, στα διαμαγνητικά υλικά η μαγνητική διαπερατότητα είναι μικρότερη από τη μονάδα και η μαγνήτιση είναι αντίρροπη με την ένταση του μαγνητικού πεδίου. Για κάθε τύπο υλικού υπάρχει μια χαρακτηριστική θερμοκρασία, η θερμοκρασία Κιουρί, στην οποία η μαγνήτιση γίνεται ίση με μηδέν. Η απομαγνήτιση ορισμένων υλικών συνοδεύεται από μείωση της θερμοκρασίας, γιατί η απαιτούμενη ενέργεια για τον αποπροσανατολισμό των μοριακών μαγνητών ξοδεύεται σε βάρος της εσωτερικής ενέργειας του μαγνήτη. Το φαινόμενο αυτό αποτελεί μέθοδο για τη δημιουργία πολύ χαμηλών θερμοκρασιών.
Γήινος μαγνητισμός. Η Γη συμπεριφέρεται σαν ένα τεράστιο μαγνητικό δίπολο, με αποτέλεσμα να περιβάλλεται από δυναμικές γραμμές οι οποίες αρχίζουν από το βόρειο μαγνητικό πόλο και καταλήγουν στο νότιο μαγνητικό πόλο. Οι μαγνητικοί πόλοι είναι εντελώς αντίθετοι με τους γεωγραφικούς και ο γεωμαγνητικός άξονας σχηματίζει με το γεωγραφικό άξονα της Γης γωνία 12°. Το γήινο μαγνητικό πεδίο είναι συμμετρικό με το γεωμαγνητικό άξονα και η μορφή του είναι ανάλογη με του μαγνητικού πεδίου ενός πηνίου. Τα αίτια της δημιουργίας του γήινου μαγνητικού πεδίου δεν είναι ακριβώς γνωστά. Τα χαρακτηριστικά στοιχεία του γήινου μαγνητικού πεδίου σε έναν τόπο είναι η απόκλιση, η έγκλιση και η οριζόντια συνιστώσα της έντασης του μαγνητικού πεδίου. Ο προσανατολισμός με τη μαγνητική πυξίδα γίνεται χάρη στη δράση του γήινου μαγνητικού πεδίου. Στα υποβρύχια χρησιμοποιείται γυροσκοπική πυξίδα, γιατί η μαγνητική είναι άχρηστη λόγω της μαγνητικής θωράκισης, η οποία εμποδίζει την είσοδο στις δυναμικές γραμμές γήινου μαγνητικού πεδίου, οι οποίες και προσανατολίζουν τη μαγνητική πυξίδα.
Μέιζερ.Διάταξη ενίσχυσης μικροκυμάτων με εξαναγκασμένη εκπομπή ακτινοβολίας. Η λέξη μέιζερ (maser) προέρχεται από τα αρχικά των λέξεων Microwave Amplification (by) Stimulated Emission (of) Radiation, δηλαδή «ενίσχυση μικροκυμάτων με εξαναγκασμένη εκπομπή ακτινοβολίας».
Είναι γνωστό ότι τα ηλεκτρόνια ενός ατόμου μπορούν να μεταπηδούν μέσα στο άτομο από τον ένα φλοιό στον άλλο και κατά τη μεταπήδηση αυτήν από ένα φλοιό σε κάποιον άλλο μικρότερης ενέργειας εκπέμπεται φωτόνιο με ενέργεια ίση με τη διαφορά των δύο ενεργειών των φλοιών.
Μπορούμε να προκαλέσουμε τη μεταπήδηση του ηλεκτρονίου από τον ένα φλοιό στον άλλο, αν διεγείρουμε το ηλεκτρόνιο. Για να γίνει το άλμα από ένα φλοιό εσωτερικό σε κάποιον άλλο εξωτερικό, θα πρέπει να δώσουμε τόση ενέργεια όση θα αποβληθεί (υπό τη μορφή φωτονίου) στη μεταπήδηση από τον εξωτερικό στον εσωτερικό φλοιό.
Αν στείλουμε ηλεκτρομαγνητική ακτινοβολία μεγάλης συχνότητας ν πάνω σε έναν κρύσταλλο, τότε: αν η συχνότητα ν συμπίπτει με τη συχνότητα ακτινοβολίας του ατόμου, τα ηλεκτρόνιά του, που βρίσκονται σε έναν εξωτερικό φλοιό, μεταπηδούν σε έναν εσωτερικό. Αυτή η μεταπήδηση συνοδεύεται από εκπομπή ηλεκτρομαγνητικής ακτινοβολίας, με ενέργεια ίση με το άθροισμα της ενέργειας που απορρόφησε το άτομο από τη διεγείρουσα εξωτερική ακτινοβολία και της ενέργειας που αντιστοιχεί στο άλμα από τον εξωτερικό στον εσωτερικό φλοιό.
Έχουμε δηλαδή εκπομπή ακτινοβολίας από το άτομο, πολύ ισχυρότερης από αυτή που αρχικά πέφτει πάνω του. Ενισχύεται, λοιπόν, η αρχική ακτινοβολία, με ενισχυτή το ίδιο το άτομο. Αυτή είναι η αρχή πάνω στην οποία στηρίζεται η λειτουργία του μέιζερ.
Γι’ αυτήν ακριβώς την ενίσχυση των μικροκυμάτων χρησιμοποιούμε κρύσταλλο ρουβινίου (οξείδιο του αργιλίου), που περιέχει άτομα χρωμίου. Στον κρύσταλλο, με τη βοήθεια ενός κυματαγωγού, στέλνουμε μια αρχική ακτινοβολία που διεγείρει τα ηλεκτρόνια σε μια εξωτερική στιβάδα. Κατόπιν με τη βοήθεια ενός άλλου κυματαγωγού στέλνουμε την ακτινοβολία μικροκυμάτων που θέλουμε να ενισχύσουμε, ενώ μέσω κάποιου τρίτου παίρνουμε τα μικροκύματα, αφού ενισχυθούν.
Η ενίσχυση ακτινοβολιών με μέιζερ είναι πολύ μεγαλύτερη από αυτές που μπορούμε να πετύχουμε με κλασικούς τρόπους. Έτσι, οι χρήσεις του στρέφονται γύρω από αυτό το πλεονέκτημα του μέιζερ. Χρησιμοποιείται ευρύτατα στις επικοινωνίες με τους πυραύλους που στέλνονται για εξερεύνηση μακρινών πλανητών, όπως ο Άρης και η Αφροδίτη, αφού μπορούμε χάρη σ’ αυτό να συλλάβουμε και να εντοπίσουμε ασθενείς ακτινοβολίες.
Η υπόθεση των μέιζερ χρονολογείται από το 1954, αφού τότε για πρώτη φορά πραγματοποιήθηκε εξαναγκασμένη εκπομπή, ενώ αργότερα η ανάπτυξη της τεχνολογίας των λέιζερ έφερε τεράστια ανάπτυξη στις διάφορες πρακτικές εφαρμογές αφήνοντας στο παρασκήνιο τα μέιζερ.
Μεταστοιχείωση. Η ριζική μεταβολή του πυρήνα ενός ατόμου, με αποτέλεσμα τη μετατροπή του σε πυρήνα άλλου στοιχείου.
Η μεταστοιχείωση, από ιστορική άποψη, είναι η βασική επιδίωξη των αλχημιστών, οι οποίοι πίστευαν ότι με την ανακάλυψη ενός μέσου μετατροπής, της «φιλοσοφικής λίθου» όπως έλεγαν, θα ήταν δυνατή η μετατροπή κοινών μετάλλων σε χρυσό. Φυσικά, στην προκειμένη περίπτωση η μεταστοιχείωση δεν είχε την έννοια της πυρηνικής μετατροπής, αλλά της αλλαγής των φυσικών ιδιοτήτων των μετάλλων.
Μετά το τέλος του α΄ παγκόσμιου πολέμου η νέα για την εποχή ατομική θεωρία του Bohr, κέντρισε το επιστημονικό ενδιαφέρον και έφερε στο προσκήνιο ερωτήματα που είχαν άμεση σχέση με τη σύσταση και τη δομή της ύλης.
Ο Ράδερφορντ (1919), δουλεύοντας πάνω σε αυτά τα ερωτήματα, έφτασε στο συμπέρασμα ότι είναι δυνατή η μετατροπή του ατόμου του αζώτου σε πυρήνες υδρογόνου, όταν το άζωτο βρεθεί σε χώρο όπου κινούνται σωματίδια α.
Η πειραματική έρευνα έκανε δυνατή την ανακάλυψη ορισμένων ατομικών πυρήνων, οι οποίοι παρουσιάζουν αυτόματη διάσπαση με σύγχρονη εκπομπή ακτίνων α, β και γ. Πρώτο στη σειρά των στοιχείων που παρουσιάζουν αυτόματα πυρηνική διάσπαση είναι το ουράνιο -238, ενώ ενδιάμεσο μέλος αυτής της σειράς μεταστοιχειώσεων είναι το ράδιο.
Ανάλογες σειρές φυσικών ραδιοϊσοτόπων (βλ. λ. ισότοπο) είναι αυτές του ακτινίου και του θορίου. Στη σειρά του ακτινίου το πρώτο μέλος δεν είναι το ακτίνιο, αλλά το ραδιοϊσότοπο -235. Επίσης, υπάρχει και η σειρά του νεπτουνίου, η οποία όμως περιλαμβάνει μόνο τεχνητά ραδιοϊσότοπα.
Η μεταστοιχείωση των φυσικών ραδιοϊσοτόπων συνοδεύεται γενικά από εκπομπή σωματιδίων α και ηλεκτρονίων. Η αρχή ισοδυναμίας μάζας και ενέργειας, καθώς και η αρχή διατήρησης του ηλεκτρικού φορτίου ισχύουν στις διάφορες μεταστοιχειώσεις, οπότε τα ραδιοϊσότοπα αποτελούν μια σταθερή ενεργειακή πηγή, η οποία όμως δεν είναι άμεσα εκμεταλλεύσιμη, όπως ακριβώς και η διάχυτη ηλιακή ενέργεια.
Η τελική σταθερή μορφή μιας σειράς μεταστοιχειώσεων είναι οι ατομικοί πυρήνες του μολύβδου, εκτός από τη σειρά του νεπτουνίου, όπου τελικό στοιχείο είναι το βισμούθιο. Χαρακτηριστική σταθερά της μεταστοιχείωσης είναι ο χρόνος ημιζωής ή υποδιπλασιασμού, ο οποίος παριστάνει τη χρονική διάρκεια, στην οποία μεταστοιχειώνεται η μισή μάζα του στοιχείου.
Η εκπομπή ηλεκτρονίου (ή ποζιτρονίου) ή σωματιδίων α κατά τη μεταστοιχείωση συνοδεύεται πάντοτε και από εκπομπή φωτονίου, το οποίο είναι επακόλουθο της ανάγκης του πυρήνα να μεταπέσει από την κατάσταση διέγερσης στην κανονική του κατάσταση χαμηλής ενέργειας.
Οι πειραματικές έρευνες δεν ήταν δυνατό να περιοριστούν στην αυτόματη πυρηνική διάσπαση, δηλαδή τη φυσική μεταστοιχείωση, έκαναν δυνατή την τεχνητή και ελεγχόμενη μεταστοιχείωση. Το πείραμα του Ράδερφορντ, που αναφέρθηκε στην αρχή, ήταν η πρώτη τεχνητή μεταστοιχείωση.
Σήμερα η τεχνητή μεταστοιχείωση γίνεται δυνατή μετά από βομβαρδισμό του πυρήνα με κατάλληλα επιταχυνόμενα ατομικά σωματίδια που μεταφέρουν μεγάλα ποσά ενέργειας. Τέτοια σωματίδια-βλήματα είναι τα πρωτόνια, τα ηλεκτρόνια, τα δευτερόνια, ενώ τα πιο δραστικά, λόγω έλλειψης φορτίου, είναι τα νετρόνια. Ανάμεσα στον αρχικό πυρήνα, στα σωματίδια-βλήματα και στα προϊόντα της διάσπασης, υπάρχει σχέση, η οποία εκφράζεται με μια πυρηνική αντίδραση.
Τα σωματίδια-βλήματα αποκτούν μεγάλη κινητική ενέργεια, απαραίτητη για την πυρηνική διάσπαση, σε διατάξεις διάφορων τύπων, που λέγονται επιταχυντές.
Μετασχηματιστής. Συσκευή η οποία χρησιμοποιείται για τη μετατροπή εναλλασσόμενου ρεύματος χαμηλής τάσης σε εναλλασσόμενο ρεύμα υψηλής τάσης και αντίστροφα. Η συχνότητα του ρεύματος και στις δύο περιπτώσεις παραμένει σταθερή.
Η λειτουργία του μετασχηματιστή στηρίζεται στο φαινόμενο της ηλεκτρομαγνητικής επαγωγής, σύμφωνα με το οποίο, όταν η μαγνητική ροή που περνά από ένα κύκλωμα μεταβάλλεται, τότε στο κύκλωμα δημιουργείται μια τάση εξ επαγωγής, η οποία είναι ανάλογη με το ρυθμό της μεταβολής.
Από άποψη κατασκευής, ο μετασχηματιστής αποτελείται από ένα σιδερένιο πυρήνα, ο οποίος δημιουργείται από τη συνένωση πολλών ίδιων λεπτών σιδερένιων ελασμάτων και από δύο πηνία. Το ένα πηνίο, που λέγεται πρωτεύον, αποτελείται από λίγες σπείρες χάλκινου μονωμένου σύρματος μεγάλης διαμέτρου και είναι τυλιγμένο στο ένα σκέλος του πυρήνα. Το άλλο πηνίο λέγεται δευτερεύον, αποτελείται από πολλές σπείρες λεπτού χάλκινου σύρματος και είναι τυλιγμένο στο άλλο σκέλος του πυρήνα.
Αν από το πρωτεύον πηνίο περάσει εναλλασσόμενο ρεύμα με μεγάλη ένταση Ι1 και μικρή τάση V1, τότε μέσα στο μεταλλικό πυρήνα δημιουργείται ένα χρονικά μεταβαλλόμενο μαγνητικό πεδίο, το οποίο και είναι υπεύθυνο για την ανάπτυξη της επαγωγικής τάσης V2 στο δευτερεύον. Η εξίσωση του μετασχηματιστή είναι V1 • Ι1 = V2 • Ι2, ενώ ο συντελεστής μετατροπής ή λόγος μετασχηματισμού δίνεται από τη σχέση, όπου n2, ο αριθμός των σπειρών του δευτερεύοντος και n1 ο αριθμός των σπειρών του πρωτεύοντος. Η τελευταία σχέση σημαίνει ότι, αν το δευτερεύον έχει διπλάσιες σπείρες, θα δίνει διπλάσια τάση από το πρωτεύον, ενώ αν έχει τις μισές, θα δίνει το μισό της τάσης του πρωτεύοντος.
Ανάλογα με τον τρόπο περιτυλίγματος και τη θέση του δευτερεύοντος, διακρίνουμε τους μετασχηματιστές σε μετασχηματιστή πυρήνα, μετασχηματιστή μανδύα και αυτομετασχηματιστές.
Αν θεωρήσουμε την ιδανική περίπτωση μετασχηματιστή χωρίς απώλειες λόγω διαφυγής μαγνητικής ροής και ρευμάτων Φουκό, η ισχύς που αποδίδεται από το δευτερεύον είναι ίση με την ισχύ που προσφέρεται στο πρωτεύον. Στην πράξη, όμως, υπάρχουν απώλειες ενέργειας και η απόδοση των καλής ποιότητας μετασχηματιστών φτάνει το 99%.
Οι μετασχηματιστές είναι απαραίτητοι στις γραμμές μεταφοράς ηλεκτρικού ρεύματος για την κατάλληλη ανύψωση (στον τόπο παραγωγής) και τον υποβιβασμό της τάσης (στον τόπο κατανάλωσης), ώστε να μειωθούν οι απώλειες. Μετασχηματιστές επίσης χρησιμοποιούνται στους πολλαπλασιαστές των αυτοκινήτων, στους επαγωγικούς κλιβάνους, στις ηλεκτροσυγκολλήσεις κ.α.
Μηχανική. Ο κλάδος της φυσικής που εξετάζει την κίνηση των σωμάτων του περιβάλλοντός μας, τα αίτια που προκαλούν τις κινήσεις (δηλ. τις δυνάμεις), καθώς και τις συνθήκες ισορροπίας των σωμάτων. Επειδή από ανάγκη για την απλοποίηση της μελέτης των φαινομένων χρησιμοποιείται η θεωρητική έννοια του υλικού σημείου, ενώ από άποψη δράσης των εσωτερικών δυνάμεων συνοχής υπάρχει ο διαχωρισμός των στερεών και ρευστών σωμάτων, η μηχανική υποδιαιρείται στη μηχανική του υλικού σημείου, στη μηχανική των στερεών σωμάτων και στη μηχανική των ρευστών. Καθένας από αυτούς τους κλάδους υποδιαιρείται:
α) στη στατική, η οποία μελετά τις δυνάμεις που δρουν πάνω στα διάφορα σώματα και τις συνθήκες ισορροπίας τους·
β) στην κινηματική, η οποία μελετά τις κινήσεις ανεξάρτητα από τις δυνάμεις που τις προκαλούν·
γ) στη δυναμική, η οποία εξετάζει τις κινήσεις σε σχέση με τις δυνάμεις που τις προκαλούν.
Η διαίρεση της μηχανικής που αναφέρθηκε, είναι παραδοσιακή και γίνεται περισσότερο για λόγους κατανομής και κατάταξης των φαινομένων.
Αν χρησιμοποιήσουμε τη θεωρία του Ντ' Αλαμπέρ, τα προβλήματα της μηχανικής μετατρέπονται σε προβλήματα καθαρής στατικής, ενώ υπάρχει και η αντίθετη δυνατότητα για την αντιμετώπιση των προβλημάτων της μηχανικής από καθαρά δυναμική άποψη.
Σύμφωνα με διαφορετική θεώρηση, η μηχανική διακρίνεται σε κλασική και κβαντική. Η κλασική μηχανική είναι διαποτισμένη από την αρχή της συνέχειας των φυσικών φαινομένων και αποτελεί μια οριακή περίπτωση, όταν οι ταχύτητες κίνησης είναι ασήμαντες σε σχέση με την ταχύτητα διάδοσης του φωτός, που για τον Αϊνστάιν είναι το όριο της μηχανικής ταχύτητας στο κενό. Η συνεχής εξέλιξη των φαινομένων δίνει τη δυνατότητα για μια ολοκληρωτική παραστατική αισθητοποίηση, ενώ η αρχή της αιτιότητας διατηρείται με αυστηρότητα. Από τους υπολογισμούς της κλασικής μηχανικής λείπει η σταθερά δράσης του Πλανκ (h), η οποία έχει σχεδόν μηδενική τιμή.
Η ασυνέχεια, η οποία παρατηρήθηκε σε φαινόμενα ατομικής κλίμακας, ήταν η ένδειξη για την ανάγκη διαχωρισμού ή διαφορετικής θεώρησης των φαινομένων, που παλιότερα ήταν αντικείμενα μελέτης της κλασικής μηχανικής. Στην κβαντική μηχανική παρουσιάζεται μια ασυνεχής εξέλιξη των φαινομένων, ανάλογη προς τον κβαντικό τους χαρακτήρα. Αυτό έχει ως αποτέλεσμα την αδυναμία υλοποίησής τους, ώστε να γίνονται αμέσως αντιληπτά, ενώ απομένει ο δρόμος της μαθηματικής ανάλυσης για την περιγραφή της πορείας των φαινομένων.
Ο ρόλος της σταθεράς του Πλανκ είναι πρωταρχικός και διαμορφωτικός, ώστε να αποτελεί κριτήριο ή παράγοντα σε κάθε σχέση της κβαντικής μηχανικής (βλ. λ. κβαντομηχανική).
Η κλασική μηχανική, στηριγμένη σε αξιώματα και σε πειραματικά επαληθευμένες υποθέσεις, προχώρησε με τις μελέτες του Αρχιμήδη, του Ντα Βίντσι, του Γαλιλαίου, του Νεύτωνα και άλλων γνωστών και άγνωστων επιστημόνων. Χρησιμοποίησε το μηχανικό λογισμό ως κλειδί για την έρευνα και μέσο για τη διατύπωση και την περιγραφή των φαινομένων και έφτασε στο τέλος του 19ου αιώνα έχοντας βασικές αδυναμίες στην εξήγηση φαινομένων τα οποία εξελίσσονται με ταχύτητες που πλησιάζουν την ταχύτητα του φωτός. Η θεωρία της σχετικότητας του Αϊνστάιν (μερική και γενικευμένη) ήρθε ως λύση και προέκταση της κλασικής μηχανικής, αποτέλεσε την απαραίτητη γενίκευσή της και έγινε η γέφυρα που έφερε τα προβλήματα της κλασικής μηχανικής στον κόσμο της κβαντομηχανικής, όπου κυριαρχούν οι πιθανότητες.
Μονάδες ακτινοβολίας. Μονάδες ακτινοβολίας που χρησιμοποιούνται για να εκφράσουν την ακτινοβολία ενός ραδιονουκλιδίου και την ποσότητα της ιονίζουσας ακτινοβολίας. Οι μονάδες Curie, Roentgen, Rad και Rem δεν είναι συνδεδεμένες με τις μονάδες του Διεθνούς Συστήματος (S.I.). Το Bq, η μονάδα δραστικότητας του S.I., είναι η δραστικότητα ενός ραδιονουκλιδίου, που διασπάται με κάποια ταχύτητα, κατά μέσο όρο, μια αυθόρμητη πυρηνική μετάπτωση ανά δευτερόλεπτο. Γι’ αυτό 1 Bq=1s-1. Η μονάδα, το Ci, ισούται με 3,7 Χ 1010 Bq. Το Ci αρχικά ορίστηκε για να εκφράσει την ακτινοβολία ενός γραμμαρίου ραδίου -226. Το Gy, η μονάδα του S.I. για τη δόση απορρόφησης, είναι η δόση που απορροφάται, όταν η ενέργεια ανά μονάδα μάζας, η οποία μετατρέπεται σε ύλη μέσω ιονίζουσας ακτινοβολίας, είναι 1 Joule ανά χιλιόγραμμο. Η μονάδα, το Rd, ισούται με 10-2 Gy. Το Sy, η μονάδα του S.I. για την ισοδύναμη δόση, είναι η ισοδύναμη δόση, όταν η απορροφητική δόση της ιονίζουσας ακτινοβολίας πολλαπλασιάζεται από τους καθορισμένους χωρίς διαστάσεις συντελεστές, είναι 1 J/kg-1. Καθώς διαφορετικοί τύποι ακτινοβολίας προκαλούν διαφορετικές επιδράσεις στους βιολογικούς ιστούς, μια βεβαρυμένη απορροφητική δόση, που αποκαλείται ισοδύναμη δόση, χρησιμοποιείται από τη δόση απορρόφησης που μετασχηματίζεται πολλαπλασιάζοντάς την με τους χωρίς διαστάσεις συντελεστές, όπως συμφωνήθηκαν από τη Διεθνή Επιτροπή Ραδιολογικής Προστασίας (I.C.R.P.). Η μονάδα της ισοδύναμης δόσης, το rem (που προέρχεται από τα αρχικά της σύντηξης των λέξεων Roentgen και man), είναι ίση με 10-2 Sv.
Μονοφασικό ρεύμα, το. Εναλλασσόμενο ηλεκτρικό ρεύμα που παράγεται από μονοφασικούς εναλλακτήρες (γεννήτριες). Η συχνότητά του μπορεί να φτάσει από τα 20 Hz μέχρι το 1MHz. Είναι παραγωγός μονοφασικού ρεύματος. Παράγεται από τους μονοφασικούς εναλλακτήρες. Ο επαγωγέας τους είναι ηλεκτρομαγνήτης συνεχούς τάσης. (Στην πραγματικότητα αποτελείται από ζεύγη μαγνητικών πόλων). Το επαγώγιμο της γεννήτριας αποτελείται από δύο πηνία με πυρήνα από μαλακό σίδερο. (Στην πραγματικότητα, έχει τόσα πηνία, όσοι είναι οι πόλοι του επαγωγέα). Τα σύρματά τους είναι τυλιγμένα κατ’ αντίθετη φορά και καταλήγουν σε δύο ακροδέκτες.
Το ρεύμα παράγεται λόγω της μεταβολής της μαγνητικής ροής που περνά από τα δύο πηνία εξαιτίας της περιστροφής του επαγωγέα. Κάποια χρονική στιγμή κοντά στο ένα πηνίο του επαγώγιμου βρίσκεται ο βόρειος πόλος του επαγωγέα. Τότε το πηνίο διαρρέεται από ρεύμα ορισμένης φοράς. Όταν απομακρυνθεί, όμως, κατά την περιστροφή ο πόλος του επαγωγέα, τότε το ρεύμα αλλάζει φορά. Το ίδιο, αλλά τις αντίθετες χρονικές στιγμές, συμβαίνει και στο άλλο πηνίο. Όμως, λόγω των αντίστροφων τυλιγμάτων τους τα ρεύματα στα δύο πηνία προστίθενται.
Έτσι οι ακροδέκτες των τυλιγμάτων γίνονται διαδοχικά και περιοδικά θετικός και αρνητικός πόλος της γεννήτριας. Αν συνδέσουμε εξωτερικά τον εναλλακτήρα με κύκλωμα, αυτό θα διαρρέεται από εναλλασσόμενο ημιτονοειδές ρεύμα. Έτσι παράγεται το μονοφασικό ρεύμα.
Αυτό υστερεί απέναντι στο τριφασικό ρεύμα στα παρακάτω:
α) Το τριφασικό ρεύμα μπορεί να θέσει σε λειτουργία ασύγχρονους κινητήρες με τη δημιουργία στρεφόμενου μαγνητικού πεδίου, ενώ το μονοφασικό όχι.
β) Ο μετασχηματισμός του τριφασικού κοστίζει φθηνότερα από το μετασχηματισμό τριών μονοφασικών ρευμάτων.
γ) Η μεταφορά του τριφασικού ρεύματος μπορεί να γίνει με 3-4 αγωγούς, ενώ η μεταφορά τριών μονοφασικών απαιτεί 6 αγωγούς.
δ) Ανάλογα με τον τρόπο μεταφοράς έχουμε τη δυνατότητα στο τριφασικό ρεύμα να διαλέξουμε δύο είδη τάσεων ή εντάσεων (πολική και φασική) και να ελαττώσουμε τις απώλειες, ενώ στο μονοφασικό όχι.
ε) Οι γεννήτριες παραγωγής μονοφασικού ρεύματος είναι μικρότερης απόδοσης από τις αντίστοιχες των τριφασικών.
Νετρίνο.Στοιχειώδες, ηλεκτρικά ουδέτερο σωματίδιο με μάζα ηρεμίας σχεδόν μηδενική. Στα ιταλικά νετρίνο σημαίνει «μικρό νετρόνιο» και ονομάστηκε έτσι από τους Πάουλι και Φέρμι, οι οποίοι πρώτοι υπέθεσαν την ύπαρξή του.
Οι δύο αυτοί επιστήμονες, για να ερμηνεύσουν το φαινόμενο της ύπαρξης διάφορων τιμών κινητικής ενέργειας στα ηλεκτρόνια, που εκπέμπονται κατά τη μεταστοιχείωση ενός ραδιενεργού στοιχείου, παραδέχτηκαν και τη σύγχρονη παραγωγή στον ατομικό πυρήνα και ενός νετρίνου. Έτσι η ενέργεια που απελευθερώνεται κατά τη μετατροπή του νετρονίου σε πρωτόνιο κατανέμεται στα δύο σωματίδια που παράγονται ταυτόχρονα, δηλαδή στο ηλεκτρόνιο και το νετρίνο. Η αδυναμία παρατήρησης του νετρίνου οφείλεται στην έλλειψη φορτίου, οπότε δε δημιουργούνται και φαινόμενα ιονισμού. Αργότερα αποδείχτηκε ότι το σωματίδιο που προκύπτει από τη β-ραδιενεργό διάσπαση δεν είναι νετρίνο, αλλά αντινετρίνο και η ακριβής εξίσωση της β-ραδιενεργού διάσπασης, κατά την οποία ένα πυρηνικό νετρόνιο (n) διασπώμενο δίνει πρωτόνιο (p), β-σωματίδιο (e–) και αντινετρίνο (ν–), είναι η ακόλουθη: n→p++ e–+ ν–.
Τελικά, νετρίνο λέγεται το σωματίδιο που συνοδεύει την εκπομπή ποζιτρονίου, ενώ αντινετρίνο εκείνο που συνοδεύει την εκπομπή ηλεκτρονίου. Είναι γνωστό ότι υπάρχουν τρία είδη νετρίνων. Το ένα συνδέεται με τη β-διάσπαση και τα άλλα δύο με τη διάσπαση δύο ασταθών σωματιδίων, των λεπτονίων μ και τ.
Το νετρίνο προβλέφτηκε από τον Πάουλι το 1927, η β-ραδιενεργός διάσπαση ερμηνεύτηκε από το Φέρμι, ενώ η πειραματική απόδειξη της ύπαρξης του νετρίνου έγινε το 1953 στο Λος Άλαμος από τους Ράινς και Κόουαν.
Οι αντιδράσεις του νετρίνου με την ύλη είναι τόσο ασθενικές, ώστε μπορεί να διατρέξει δισεκατομμύρια χιλιόμετρα με την ταχύτητα του φωτός χωρίς ποτέ να τη συναντήσει. Η ροή νετρίνων που φτάνει στη Γη προέρχεται από τον Ήλιο και υπάρχει τεράστια δυσκολία στο διαχωρισμό αυτών των σωματιδίων από τα άλλα σωματίδια των κοσμικών ακτινών και την παγίδευσή τους. Οι παρατηρήσεις των νετρίνων γίνονται σε υπόγεια παρατηρητήρια, γιατί σε τέτοιο βάθος φτάνουν μόνο τα νετρίνα με την τεράστια διεισδυτική ικανότητα. Εκτός από τα φυσικά νετρίνα, χρησιμοποιούνται για τις έρευνες και τεχνητά, που παράγονται στα διάφορα εργαστήρια πυρηνικής φυσικής.
Αποφασιστικό ρόλο στις θεωρίες για τα νετρίνα έπαιξαν οι έρευνες των Κινέζων φυσικών Λι και Γιαγκ (1957), καθώς και της ομάδας της Κ. Βου, από τα συμπεράσματα της οποίας προκύπτει η αρχή της σύγχρονης φυσικής για τη «μη διατήρηση της ισότητας». Έρευνες από τους Σρουμ και Ζίοκ (1970), στο εργαστήριο πυρηνικής φυσικής του πανεπιστήμιου της Βιρτζίνια, καθώς και πειράματα της ομάδας του Μπέικερστος, στο Κερν της Ελβετίας, έδωσαν περισσότερα στοιχεία για το νετρίνο. Τις τελευταίες δεκαετίες του 20ού αι. οι έρευνες για το νετρίνο εντατικοποιήθηκαν. Έτσι το 1985 Ρώσοι επιστήμονες υπαινίχθηκαν για πρώτη φορά ότι το νετρίνο έχει μάζα, γεγονός που επιβεβαιώθηκε το 1998 όταν μια ομάδα Αμερικανών και Ιαπώνων επιστημόνων υποστήριξε πως η μάζα του είναι 0,07eV. Το 2000 για πρώτη φορά πιστοποιήθηκε η ύπαρξη του ταυ νετρίνο νΤ. Το 2004 μια ομάδα 100 επιστημόνων ανακοίνωσε ότι το νετρίνο ταλαντώνεται, γεγονός που καθιστά ελλιπές το ισχύον ως τότε καθιερωμένο μοντέλο για την περιγραφή του σωματιδίου.
Ένα από τα σημαντικότερα πειράματα για το νετρίνο σε παγκόσμια κλίμακα γίνεται στην Ελλάδα στη θαλάσσια περιοχή της Πύλου από το Ινστιτούτο Νέστωρ. Στο πείραμα συμμετέχουν πολλοί επιστήμονες από την Ευρώπη, την Αμερική, τη Ρωσία και την Ιαπωνία. Πρόκειται για ένα γιγάντιο φωτονικό τηλεσκόπιο υψηλής τεχνολογίας που έχει τοποθετηθεί το 2000 σε μεγάλο βάθος (περίπου 5.000μ.) θάλασσας, συλλέγοντας πληροφορίες για τα νετρίνα που φτάνουν στη Γη μέσω των κοσμικών ακτίνων και μεταφέρουν πληροφορίες για αστρικούς γαλαξίες, μαύρες τρύπες κ.ά.
Ολογραφία. Μέθοδος καταγραφής και προβολής τρισδιάστατης εικόνας ενός αντικειμένου. Στηρίζεται στο φαινόμενο της συμβολής του φωτός και χρησιμοποιεί σύμφωνο φως, που δίνει το λέιζερ.
Η μέθοδος της ολογραφίας επινοήθηκε από τον Ούγγρο φυσικό Ντ. Γκαμπόρ το 1948, μετά από έρευνες για την εξουδετέρωση του σφάλματος εκτροπής των ηλεκτρονικών φακών, που χρησιμοποιούνται στα ηλεκτρονικά μικροσκόπια. Ο Γκαμπόρ για την εφεύρεση της ολογραφίας τιμήθηκε με το βραβείο Νόμπελ το 1971.
Σε αντίθεση με τις κλασικές μεθόδους φωτογράφησης, η εφαρμογή της ολογραφίας έγινε δυνατή μετά από την ανακάλυψη των λέιζερ. Στην περίπτωση αυτή, μια σύγχρονη μονοχρωματική δέσμη φωτός από ένα λέιζερ, φωτίζει το αντικείμενο και αντανακλάται πάνω του. Καθένα από τα σημεία της επιφάνειας του αντικειμένου γίνεται δευτερεύουσα πηγή εκπομπής μονοχρωματικού φωτός. Αυτή η κύμανση με την αρχική, επειδή είναι σύμφωνες, συναντιούνται στο χώρο και σχηματίζουν κροσσούς συμβολής (βλ. λ. συμβολή), οι οποίοι μπορούν να καταγραφούν σε φωτογραφικό φιλμ. Η φωτογραφία αυτή λέγεται ολογράφημα. Πρέπει να σημειωθεί ότι στο ολογράφημα δε σχηματίζεται το πιστό αντίγραφο της εικόνας του αντικειμένου, αλλά μια σειρά από περίεργα σχήματα, που αποτελούν κωδικοποιημένη απεικόνιση των διάφορων τμημάτων του. Το ολογράφημα σχηματίζεται σε σλάιντ και για τη μεταφορά του σε πραγματική φωτογραφία πρέπει να φωτιστεί με ακτίνες λέιζερ, οι οποίες καταγράφουν τις διαφορές χρώματος, που αποτελούν φράγματα οπτικά, έτσι ώστε καταλήγουμε σε μια τρισδιάστατη φωτογραφία.
Πάνω στο ίδιο φιλμ μπορούν να υπάρχουν δύο ή περισσότερα ολογραφήματα, τα οποία είναι δυνατό να συντεθούν ανεξάρτητα το ένα από το άλλο με τη χρησιμοποίηση κατάλληλης συχνότητας ακτίνων λέιζερ.
Οι προσπάθειες για την εφαρμογή της ολογραφίας σε τεχνολογικές εφαρμογές καθημερινής χρήσης βρίσκονται σε συνεχή εξέλιξη.
Ορμή. Χαρακτηριστικό διανυσματικό μέγεθος των κινούμενων σωμάτων. Το μέτρο της ορμής (J) δίνεται από το γινόμενο της μάζας (m) του σώματος επί την ταχύτητά του (υ), δηλαδή J=m.υ.
Η διεύθυνση της ορμής συμπίπτει πάντα με τη διεύθυνση της ταχύτητας. Αντί για την ορμή σε μερικές βιβλιογραφίες χρησιμοποιείται ο όρος ποσότητα κίνησης. Επειδή η κίνηση είναι συνέπεια της δράσης μιας δύναμης, θα πρέπει να υπάρχει σχέση ανάμεσα στην επιταχύνουσα δύναμη και την ορμή. Η πειραματική απόδειξη δίνει ως συνέπεια τη σχέση F•t=m•υ, από όπου βγαίνει το συμπέρασμα ότι το μέτρο της επιταχύνουσας δύναμης ισούται με τη μεταβολή της ορμής στη χρονική μονάδα. Το γινόμενο F•t λέγεται ώθηση ή ώση της δύναμης.
Συνέπεια της προηγούμενης σχέσης είναι ότι η δύναμη που χρειάζεται για να σταματήσει ένα κινητό είναι τόσο μεγαλύτερη όσο μικρότερο είναι το απαιτούμενο χρονικό διάστημα. Αυτό σημαίνει ότι δεν είναι δυνατό ένα σώμα που κινείται έστω και με μικρή ταχύτητα να σταματήσει ακαριαία.
Αρχή διατήρησης της ορμής. Είναι επέκταση του πρώτου αξιώματος του Νεύτωνα στο στερεό σώμα καθώς και σε σύστημα σωμάτων. Έτσι, σύμφωνα με την αρχή διατήρησης της ορμής, «σε ένα αποκλεισμένο σύστημα σωμάτων, στο οποίο δρουν μόνο εσωτερικές δυνάμεις, το διανυσματικό άθροισμα των ορμών των σωμάτων διατηρείται σταθερό κατά τη διάρκεια του χρόνου».
Διατήρηση της ορμής παρατηρείται: α) Κατά την εκπυρσοκρότηση των όπλων, όπου παρουσιάζεται ανάκρουση, δηλαδή «κλότσημα» του όπλου, γιατί το βλήμα και το όπλο κινούνται αντίθετα με ταχύτητες αντίστροφα ανάλογες προς τις μάζες τους.
β) Η κίνηση των πυραύλων στηρίζεται στην αρχή της διατήρησης της ορμής. Τα αέρια καύσης κινούνται προς τα πίσω και έχουν ορμή ίση και αντίθετη προς την ορμή του πυραύλου που κινείται προς τα εμπρός. Έτσι, σε κάθε χρονική στιγμή, η ορμή του συστήματος πύραυλος-αέρια είναι ίση προς μηδέν.
Ότο, κύκλος. Έτσι ονομάζεται το θεωρητικό διάγραμμα που προκύπτει κατά τη λειτουργία του τετράχρονου κινητήρα εσωτερικής καύσης που κατασκεύασε ο Γερμανός μηχανικός Νικόλαους Αουγκούστ Ότο. Ο κινητήρας αυτός αποτελείται από ένα μεταλλικό κύλινδρο μέσα στον οποίο εκτελεί παλινδρομικές κινήσεις ένα έμβολο. Στο πάνω μέρος του κυλίνδρου υπάρχουν ο αναφλεκτήρας (μπουζί) και δύο βαλβίδες, από τις οποίες η μία χρησιμεύει για την εισαγωγή του μείγματος βενζίνης-αέρα και η άλλη για την εξαγωγή των καυσαερίων που θα προκύψουν από την ανάφλεξη του μείγματος. Με τη βοήθεια ενός διωστήρα και ενός στρόφαλου οι παλινδρομικές κινήσεις του εμβόλου μετατρέπονται σε περιστροφικές κινήσεις του άξονα της μηχανής.
Είναι λαθεμένη η εντύπωση που επικρατεί ότι στον τετράχρονο βενζινοκινητήρα υπάρχουν τέσσερα στάδια λειτουργίας του. Στην πραγματικότητα υπάρχουν έξι διαδοχικά στάδια λειτουργίας του κινητήρα, αλλά το έμβολο κινείται μόνο στα τέσσερα, γι’ αυτό επικράτησε και η ονομασία τετράχρονος.


Τα στάδια στάδια λειτουργίας του κινητήρα Ότο είναι τα εξής:
α) Αναρρόφηση. Συμβαίνει κίνηση του εμβόλου προς τα κάτω, άνοιγμα της βαλβίδας εισαγωγής και εισαγωγή μείγματος βενζίνης-αέρα στον κύλινδρο. β) Συμπίεση. Η βαλβίδα εισαγωγής είναι κλειστή, το έμβολο κινείται προς τα πάνω, συμπιέζοντας έτσι το μείγμα, του οποίου η πίεση και η θερμοκρασία αυξάνουν πολύ και φυσικά μέσα στα όρια των κατασκευαστικών δυνατοτήτων του όλου κινητήρα. γ) Έναυση. Δημιουργείται γρήγορη ανάφλεξη του μείγματος που προκαλεί έτσι έκρηξη. Η ανάφλεξη προέρχεται από τον αναφλεκτήρα (μπουζί) που παράγει και μεταδίδει στο μείγμα έναν ηλεκτρικό σπινθήρα. δ) Εκτόνωση. Τα πολύ θερμά καυσαέρια εκτονώνονται και σπρώχνουν το έμβολο προς τα κάτω. Έτσι παράγεται έργο. ε) Προκαταρκτική εξαγωγή. Ανοίγει η βαλβίδα εξαγωγής και φεύγουν ορισμένα καυσαέρια, ώσπου η πίεση μέσα στον κύλινδρο να εξισωθεί με την ατμοσφαιρική. στ) Κυρίως εξαγωγή. Τα καυσαέρια διώχνονται τελείως από τον κύλινδρο με το ανέβασμα του εμβόλου.
Το έμβολο παραμένει ακίνητο κατά τα στάδια της έναυσης και της προκαταρκτικής εξαγωγής, ενώ έργο παράγεται μόνο στο στάδιο της εκτόνωσης.
Τα παραπάνω περιγράφονται σχηματικά στο θεωρητικό διάγραμμα του κινητήρα Ότο που λέγεται κύκλος του Ότο. Στο διάγραμμα αυτό έχουμε τα εξής στάδια: α) Ε→Α. Ισοβαρής αναρρόφηση. Η πίεση είναι ίση με την ατμοσφαιρική, ενώ ο όγκος αυξάνεται από 0 σε V1. β) Α→Β. Αδιαβατική συμπίεση. Ο όγκος ελαττώνεται σε V2, ενώ η θερμοκρασία αυξάνεται από ΤΑ σε ΤΒ σύμφωνα με τη σχέση. γ) Β→Γ. Ισόχωρη αύξηση θερμοκρασίας-πίεσης αέρα. Η θερμοκρασία αυξάνεται από ΤΒ σε ΤΓ. δ) Γ→Δ. Αδιαβατική εκτόνωση του αέρα με παράλληλη πτώση της θερμοκρασίας από ΤΓ σε ΤΔ κατά τη σχέση:. ε) Δ→Α. Ισόχωρη πτώση θερμοκρασίας - πίεσης και απόδοση ποσού θερμότητας ίσο με q2. στ) Α→Ε. Ισοβαρής εξάγωνη καυσίμων με πίεση Ρ0 και θερμοκρασία ΤΑ, ενώ παράλληλα ο όγκος μεταβάλλεται από V1 σε 0.
Ο συντελεστής απόδοσης του τετράχρονου βενζινοκινητήρα δίνεται από τη σχέση, όπου σταθερά, που λέγεται λόγος συμπίεσης. Στους πραγματικούς βενζινοκινητήρες το Κ ποτέ δεν υπερβαίνει την τιμή 8.
Παλμογράφος. Ηλεκτρονική συσκευή που χρησιμοποιείται για την παρακολούθηση ταχύτατα μεταβαλλόμενων φαινομένων, όπως ηχητικές και ηλεκτρικές ταλαντώσεις, πάνω σε μια φθορίζουσα οθόνη ενός σωλήνα καθοδικών σωλήνων (σωλήνας Μπράουν). Η συσκευή που λέγεται καθοδικός παλμογράφος πρακτικά δεν παρουσιάζει αδράνεια ανταπόκρισης, οπότε και πλεονεκτεί σε σύγκριση με άλλες μηχανικές ή ηλεκτρομηχανικές διατάξεις καταγραφής.
Τα ηλεκτρόνια που παράγονται από το νήμα του καθοδικού σωλήνα εστιάζουν σε μια λεπτή δέσμη μόλις περάσουν από τον κύλινδρο του Βένελτ και συνεχίζουν την πορεία τους προς το φθορίζον διάφραγμα, όπου και σχηματίζουν κηλίδα. Στο διάστημα ανάμεσα στην πηγή των ηλεκτρονίων και το διάφραγμα υπάρχουν δύο ζεύγη πυκνωτών με παράλληλες πλάκες, τα επίπεδα των οποίων είναι κάθετα. Όταν στα δύο ζεύγη των πυκνωτών δεν υπάρχει ηλεκτρικό φορτίο, τότε στην οθόνη παρουσιάζεται μια φωτεινή κηλίδα. Αν ο πρώτος πυκνωτής φορτιστεί με εναλλασσόμενο ρεύμα, τότε η δέσμη θα πηγαινοέρχεται γρήγορα πάνω σε μια οριζόντια γραμμή που σχηματίζεται στην οθόνη. Οι εναλλαγές του ρεύματος και η κίνηση της δέσμης του παλμογράφου μπορούν να αντιστοιχηθούν προς την ταλάντωση ενός εκκρεμούς. Η φόρτιση του δεύτερου πυκνωτή κάνει τη φωτεινή δέσμη να αποκλίνει προς τα κάτω. Συνέπεια της συνισταμένης δράσης των δυο πυκνωτών είναι η εμφάνιση μιας κυματοειδούς καμπύλης στη φθορίζουσα οθόνη, η οποία παριστάνει το νόμο της μεταβολής του ρεύματος. Προκειμένου να παρατηρηθούν στην οθόνη του παλμογράφου κυματομορφές, οι οποίες αποτελούν χρονικές συναρτήσεις για την τάση τροφοδότησης του πυκνωτή οριζόντιας απόκλισης, χρησιμοποιούνται τα κυκλώματα βάσης χρόνου. Το πιο βασικό από τα κυκλώματα αυτά είναι η γεννήτρια σάρωσης (sweep generator), που παράγει και εφαρμόζει στις πλάκες του πυκνωτή μια πριονωτή τάση. Υπάρχουν παλμογράφοι απλής και διπλής δέσμης για τη συγκριτική μελέτη φαινομένων.
Ο παλμογράφος χρησιμοποιείται σε ακουστικές μελέτες για την ανίχνευση και πιστοποίηση ηχητικών σημάτων, στα ραντάρ και τα συστήματα ναυσιπλοΐας και αεροπλοΐας, στον έλεγχο ηλεκτρονικών κυκλωμάτων κ.α. Επίσης, ένας παλμογράφος D.C. μπορεί να χρησιμοποιηθεί και ως βολτόμετρο συνεχούς τάσης.
Πεδίο. Ο χώρος, μέσα στον οποίο αναπτύσσονται δυνάμεις ελκτικές ή απωστικές σε ένα ηλεκτρικό φορτίο ή μαγνητική ποσότητα ή σωματίδιο. Έτσι έχουμε:
Ηλεκτρικό πεδίο. Ο χώρος όπου, όταν φέρεται ηλεκτρικό φορτίο, δέχεται έλξη ή άπωση. Αυτό καθορίζεται, όταν σε κάθε σημείο του χώρου αυτού είναι γνωστή η ένταση του πεδίου. Η γραμμή στην οποία είναι εφαπτόμενο συνεχώς το διάνυσμα της έντασης, ονομάζεται δυναμική γραμμή. Όπου οι δυναμικές γραμμές είναι πυκνότερες, εκεί και το ηλεκτρικό πεδίο είναι ισχυρότερο.
Αν μετακινήσουμε ένα φορτίο q από ένα σημείο Σ ως το άπειρο, τότε θα παραχθεί έργο ΑΣ, , το οποίο διαιρούμενο με το φορτίο q θα μας δώσει το δυναμικό του ηλεκτρικού πεδίου.
Ανάλογα με τη μορφή των δυναμικών γραμμών έχουμε πολλών ειδών ηλεκτρικά πεδία. α) Ομογενές πεδίο. Σ' αυτό οι δυναμικές γραμμές είναι παράλληλες μεταξύ τους και ισαπέχουν. β) Πεδίο Κουλόμπ, το οποίο παράγεται γύρω από σημειακό ηλεκτρικό φορτίο +q και οι δυναμικές γραμμές είναι ευθείες ακτίνες, οι οποίες ξεκινούν από το φορτίο +q και τείνουν στο άπειρο. γ) Ηλεκτρικό πεδίο γύρω από δύο ετερώνυμα σημειακά φορτία. δ) Ηλεκτρικό πεδίο γύρω από δύο ομώνυμα σημειακά φορτία.
Μαγνητικό πεδίο. Ο χώρος όπου, όταν φέρεται μια μαγνητική ποσότητα, δέχεται την επίδραση της δύναμης. Το μέγεθος που χαρακτηρίζει το μαγνητικό πεδίο είναι η μαγνητική επαγωγή της Β, της οποίας το διάνυσμα είναι πάντα εφαπτόμενο στις δυναμικές μαγνητικές γραμμές του πεδίου. Η ικανότητα να μαγνητιστεί ένα υλικό ονομάζεται μαγνήτιση και είναι ανάλογη της έντασης του μαγνητικού πεδίου. Ο συντελεστής Κ της αναλογίας αυτής λέγεται μαγνητική επιδεκτικότητα και ανάλογα με την τιμή του έχουμε τα παραμαγνητικά, διαμαγνητικά και σιδηρομαγνητικά υλικά.
Πεδίο βαρύτητας. Γύρω από κάθε ουράνιο σώμα εκτείνεται ένας χώρος στον οποίο, όταν φέρεται μια μάζα, δέχεται έλξη από αυτό το σώμα. Φυσικά, η Γη δεν αποτελεί εξαίρεση. Ένταση του γήινου πεδίου βαρύτητας είναι η δύναμη με την οποία η γη έλκει τη μονάδα μάζας, όταν αυτή φέρεται σ' ένα σημείο του πεδίου. Δυναμική γραμμή του πεδίου βαρύτητας είναι η τροχιά, την οποία διαγράφει μία μάζα υπό την επίδραση του πεδίου βαρύτητας. Αυτό το πεδίο και η επίδρασή του επί των αστέρων μελετάται με τις νευτώνειες δυνάμεις και νόμους.
Πεδίο ακουστικότητας. Η ένταση του ήχου μετριέται με την ισχύ της παλμικής ενέργειας, την οποία δέχεται το αφτί. Η ισχύς αυτή είναι ανάλογη προς το τετράγωνο του πλάτους της ταλάντωσης. Για μία ορισμένη συχνότητα ακουστού ήχου, βρέθηκε ότι ο ήχος μπορεί να ακουστεί, αν η έντασή του περιλαμβάνεται μεταξύ μιας ελάχιστης τιμής που λέγεται «κατώφλι ακουστικότητας» και μίας μέγιστης που λέγεται «όριο πόνου». Τα δύο αυτά όρια μεταβάλλονται με τη συχνότητα του ήχου. Έτσι, για κάθε συχνότητα ακουστού ήχου, υπάρχει ένα πεδίο ακουστικότητας εκτεινόμενο μεταξύ των δύο αυτών ορίων.
Τα πεδία γενικά διακρίνονται σε αστρόβιλα και στροβιλά.
Αστρόβιλο πεδίο είναι αυτό, κατά το οποίο οι δυναμικές γραμμές έχουν αρχή και τέλος. Π.χ. το ηλεκτροστατικό πεδίο είναι αστρόβιλο, γιατί οι δυναμικές γραμμές του αρχίζουν από θετικά φορτία και καταλήγουν σε αρνητικά. Γενικά αστρόβιλα πεδία είναι τα χρονικά αμετάβλητα.
Στροβιλό πεδίο είναι αυτό του οποίου οι δυναμικές γραμμές δεν έχουν αρχή και τέλος, αλλά είναι κλειστές. Τέτοια πεδία είναι τα χρονικά μεταβαλλόμενα, όπως π.χ. το ηλεκτρικό πεδίο γύρω από ένα παλλόμενο ηλεκτρικό δίπολο.
Περίθλαση (ή παράθλαση). Το φαινόμενο κατά το οποίο μία κύμανση που διαδίδεται ευθύγραμμα, συναντά εμπόδια της τάξης του μήκους κύματός της, τα παρακάμπτει και διαδίδεται πίσω από αυτά. Η περίθλαση επομένως καταργεί υπό ορισμένες προϋποθέσεις την ευθύγραμμη διάδοση των κυμάνσεων, αλλά είναι και ένα από τα κριτήρια για την απόδειξη της κυματικής φύσης ενός φαινομένου.
Έτσι, το φαινόμενο της περίθλασης, το οποίο είναι συνέπεια της αρχής του Huygens, σύμφωνα με την οποία κάθε σημείο του μετώπου ενός κύματος μπορεί να γίνει δευτερεύουσα πηγή παραγωγής κυμάνσεων, αποδείχνει ότι το φως διαδίδεται με κύματα. Αυτή η απόδειξη, βέβαια, δεν αποκλείει και το σωματιδιακό χαρακτήρα της φωτεινής ακτινοβολίας, οπότε γίνεται παραδεκτή η δυαδική φύση του φωτός.
Η γεωμετρική οπτική θεωρεί απόλυτα ευθύγραμμη τη διάδοση του φωτός, αλλά αυτό είναι μια παραδοχή που εξυπηρετεί απλώς τους θεωρητικούς υπολογισμούς. Έτσι, σύμφωνα μ' αυτή τη θεώρηση της διάδοσης του φωτός, η σκιά που σχηματίζεται πίσω από φωτισμένα αντικείμενα πρέπει να είναι συγκεκριμένη και καθαρά γεωμετρική. Μια προσεκτική όμως παρατήρηση δείχνει ότι η σκιά που δημιουργείται πίσω από το αντικείμενο είναι συγκεχυμένη στο περίγραμμά της. Δηλαδή, το φως, που διαδίδεται σαν κύμα, παρουσιάζει ελαφριά κάμψη γύρω από την περίμετρο των αντικειμένων, όπως ακριβώς και τα θαλάσσια κύματα σε περιοχές της ακτής που εξέχουν.
Το φαινόμενο της περίθλασης του φωτός μπορεί να παρουσιαστεί είτε ως διάχυση προς όλες τις κατευθύνσεις, όταν το φως συναντά ελάχιστα κομμάτια ύλης, είτε ως απόκλιση από τους γεωμετρικούς νόμους της διάδοσης, οπότε σχηματίζονται πίσω από μικρές σχισμές φωτεινοί και σκοτεινοί κροσσοί. Η πρώτη περίπτωση συναντάται στην ατμόσφαιρα, όπου τα μόρια του αέρα και της σκόνης αποτελούν κέντρα δευτερευουσών κυμάνσεων, με αποτέλεσμα το ηλιακό φως να διαχέεται προς όλες τις κατευθύνσεις. Επειδή, όμως, το ηλιακό φως είναι σύνθετο, τα διάφορα χρώματα του φωτός που παθαίνουν περίθλαση δεν έχουν την ίδια ένταση. Μεγαλύτερη ένταση παρουσιάζει το χρώμα εκείνο του οποίου το μήκος κύματος συμπίπτει με το μέγεθος του σωματιδίου που δημιουργεί την περίθλαση. Για το λόγο αυτόν ο ουρανός παρουσιάζεται γαλάζιος, επειδή τα σωματίδια που βρίσκονται στον ατμοσφαιρικό αέρα έχουν μέγεθος ίσο με το μήκος κύματος του γαλάζιου χρώματος της ηλιακής ακτινοβολίας.
Φαινόμενα περίθλασης δεν παρατηρούνται στα αντικείμενα καθημερινής χρήσης, γιατί οι φωτεινές πηγές έχουν διαστάσεις και σπάνια δίνουν μονοχρωματική ακτινοβολία.
Με τη χρησιμοποίηση μίας απλής διάταξης από μία μονοχρωματική φωτεινή πηγή, δύο λεπτές σχισμές και ένα πέτασμα, είναι δυνατή η μέτρηση του μήκους κύματος μίας φωτεινής ακτινοβολίας, με βάση το φαινόμενο της περίθλασης. Τα είδωλα των σχισμών που σχηματίζονται στο πέτασμα μπορεί να είναι πολύ πιο φωτεινά, αν χρησιμοποιηθεί σύστημα από πολλές όμοιες σχισμές χαραγμένες πάνω σε μία γυάλινη πλάκα. Συνήθως χαράζονται 1.000 γραμμές σε κάθε χιλιοστόμετρο και το σύστημα αυτό λέγεται φράγμα περίθλασης.
Όταν πάνω σ' ένα τέτοιο φράγμα πέσει ηλιακό φως, σχηματίζονται φάσματα περίθλασης, στα οποία η ιώδης ακτινοβολία παρουσιάζει τη μικρότερη εκτροπή, ενώ η ερυθρή τη μεγαλύτερη.
Η κυματική φύση του φωτός, λόγω των φαινομένων περίθλασης που δημιουργεί, θέτει ένα όριο στη διαχωριστική ικανότητα των οπτικών οργάνων.
Οι ομόκεντροι έγχρωμοι κύκλοι, που πολλές φορές παρατηρούνται γύρω από τον Ήλιο ή τη Σελήνη, είναι εκδήλωση του φαινομένου της ατμοσφαιρικής διάθλασης.
Περίθλαση ηλεκτρονίου. Πρόκειται για περίθλαση δέσμης ηλεκτρονίων από άτομα ή μόρια. Το γεγονός ότι τα ηλεκτρόνια μπορούν να υποστούν περίθλαση κατά παρόμοιο προς το φως και τις ακτίνες Χ τρόπο, δείχνει ότι τα σωματίδια μπορούν να δρουν ως κύματα. Ένα ηλεκτρόνιο (μάζα m, φορτίο e) που επιταχύνεται από μία διαφορά δυναμικού V αποκτά κινητική ενέργεια mυ2/2 = eV, όπου υ η ταχύτητα του ηλεκτρονίου. Η ορμή (p) του ηλεκτρονίου είναι. Καθώς το μήκος κύματος ντε Μπρολί (λ) ενός ηλεκτρονίου δίνεται από τον τύπο h/p, όπου h η σταθερά Πλανκ, τότε. Για μία επιταχύνουσα τάση 3.600 V, το μήκος κύματος της δέσμης των ηλεκτρονίων είναι 0,02 νανόμετρα, περίπου 3x104 φορές μικρότερο από το μήκος κύματος της ορατής ακτινοβολίας. Άρα τα ηλεκτρόνια, όπως και οι ακτίνες Χ, παρουσιάζουν φαινόμενα περίθλασης με μόρια και κρυστάλλους, όπου οι διατομικές αποστάσεις είναι συγκρίσιμες προς το μήκος κύματος της δέσμης. Έχουν το πλεονέκτημα ότι το μήκος κύματός τους μπορεί να καθοριστεί ρυθμίζοντας την τάση του πεδίου. Σε αντίθεση με τις ακτίνες Χ έχουν πολύ χαμηλή διεισδυτική ικανότητα. Την πρώτη παρατήρηση περίθλασης ηλεκτρονίου έκανε ο Τζ. Τόμσον το 1927 σε ένα πείραμα, κατά το οποίο πέρασε μία δέσμη ηλεκτρονίων στο κενό μέσα από πολύ λεπτό έλασμα χρυσού, πάνω σε φωτογραφική πλάκα. Την ίδια χρονιά ο Κλ. Ντέιβισον και ο Λ. Γκέρμερ παρουσίασαν ένα κλασικό πείραμα, στο οποίο πέτυχαν τύπους περίθλασης, εκτρέποντας μία δέσμη ηλεκτρονίων εκτός της επιφάνειας ενός κρυστάλλου νικελίου. Και τα δύο πειράματα έδωσαν σημαντικές επαληθεύσεις της θεωρίας ντε Μπρολί και της νεότερης κβαντικής θεωρίας. Η περίθλαση ηλεκτρονίου εξαιτίας της χαμηλής διεισδυτικότητας δεν μπορεί να χρησιμοποιηθεί άνετα στην ανίχνευση κρυσταλλικής δομής. Χρησιμοποιείται, ωστόσο, στη μέτρηση μήκους δεσμού και γωνίας δεσμού στα μόρια αερίων. Επιπλέον, χρησιμοποιείται ευρύτατα στη μελέτη στερεών επιφανειών και απορρόφησης. Οι κύριες τεχνικές είναι η χαμηλής ενέργειας περίθλαση ηλεκτρονίων (LEED), κατά την οποία η δέσμη ηλεκτρονίων ανακλάται σε μια φθορίζουσα οθόνη, και η υψηλής ενέργειας περίθλαση ηλεκτρονίων (HEED), που χρησιμοποιούνται είτε με ανάκλαση είτε με μετάδοση κατά την ανίχνευση λεπτών φιλμ.
Πηνίο. Στοιχείο ηλεκτρικών και ηλεκτρονικών κυκλωμάτων, το οποίο κατασκευάζεται με περιτύλιγμα χάλκινου μονωμένου σύρματος έτσι ώστε οι σπείρες που σχηματίζονται να διατηρούν σταθερή απόσταση μεταξύ τους. Το πηνίο, που λέγεται επίσης και σωληνοειδές, αποτελεί το επαγωγικό στοιχείο των κυκλωμάτων και συμβολίζεται διεθνώς με το L. Τα πηνία διακρίνονται σε «αέρος» και με σιδηροπυρήνα, ενώ από άποψη περιτυλίξεων διακρίνουμε τα βασικά είδη που είναι η κυλινδρική περιέλιξη, η κυψελοειδής, η τυχαία και η δακτυλιοειδής. Όταν ως κριτήριο χρησιμοποιηθεί η σχέση μήκους και διαμέτρου του πηνίου, έχουμε τα κυψελοειδή και τα πλατυσμένα πηνία.
Χαρακτηριστικό μέγεθος των πηνίων είναι ο συντελεστής αυτεπαγωγής, για τη μέτρηση του οποίου χρησιμοποιείται η μονάδα ανρί (Η).
Η συμπεριφορά του πηνίου σ' ένα κύκλωμα είναι συνάρτηση του είδους του ηλεκτρικού ρεύματος. Έτσι, αν το ρεύμα είναι συνεχές, η αυτεπαγωγή του πηνίου δεν έχει καμιά επίδραση στην ένταση του ρεύματος. Το πηνίο στην προκειμένη περίπτωση έχει την έννοια της απλής ομικής αντίστασης. Αν όμως ένα κύκλωμα, που περιέχει πηνία, τροφοδοτηθεί με εναλλασσόμενο ρεύμα, τότε η έντασή του παρουσιάζει ελάττωση, γιατί η αυτεπαγωγή ενεργεί ως πρόσθετη αντίσταση. Πειραματικά βρίσκεται ότι η επαγωγική αντίσταση RL ενός πηνίου ισούται με το γινόμενο του συντελεστή αυτεπαγωγής (L) επί την κυκλική συχνότητα (ω) του εναλλασσόμενου ρεύματος, δηλαδή RL = ω  L. Η επαγωγική αντίσταση ενός πηνίου είναι συνάρτηση της συχνότητας του εναλλασσόμενου ρεύματος και το γεγονός αυτό οδηγεί στην κατασκευή πηνίων με μεγάλη αυτεπαγωγή, ώστε να εμποδίζουν τη δίοδο σε εναλλασσόμενα ρεύματα με μεγάλες συχνότητες. Τα πηνία αυτά λέγονται αποπνικτικά.
Επίσης, κατασκευάζονται πηνία χωρίς καθόλου αυτεπαγωγή με τη μέθοδο της διπλής, σε αντίθετες κατευθύνσεις, περιέλιξης.
Από άποψη χρησιμοποίησης τα πηνία αέρα, με αυτεπαγωγές που κυμαίνονται σε μεγάλες περιοχές, βρίσκουν εφαρμογή τόσο στη ραδιοφωνία, όσο και στα «τιούνερ» της τηλεόρασης.
Τα πηνία με σιδηροπυρήνα (φερίτη κτλ.), αντικατέστησαν τα πηνία αέρα στις υψηλές συχνότητες, γιατί κάνουν δυνατή τη ρύθμιση της τιμής της αυτεπαγωγής, με μετατόπιση του πυρήνα. Στις συσκευές ραδιοφώνου και τηλεόρασης τα πηνία διακρίνονται σε πηνία εισόδου μακρών, βραχέων, υπερβραχέων, σε πηνία ταλαντώσεων κτλ.

No comments:

Post a Comment