Thursday, June 18, 2009

ΦΥΣΙΚΗ VIΙ

Πίεση.Το μονόμετρο φυσικό μέγεθος του οποίου το μέτρο ισούται με το πηλίκο της δύναμης που ασκείται σε μια επιφάνεια προς το εμβαδόν της επιφάνειας. Το πηλίκο αυτό είναι σταθερό, με την προϋπόθεση της ομοιόμορφης κατανομής της δύναμης πάνω στην επιφάνεια, και παριστάνει την ανά μονάδα επιφάνειας εξασκούμενη δύναμη.
Από τον ορισμό της πίεσης εξάγεται το συμπέρασμα ότι όσο πιο μεγάλη είναι η επιφάνεια, πάνω στην οποία εξασκείται μία δύναμη, τόσο μικρότερη είναι η πίεση, ενώ όσο πιο μικρή είναι η επιφάνεια, τόσο πιο μικρή είναι η πίεση. Για το λόγο αυτόν οι χιονοδρόμοι χρησιμοποιούν σκι ή χιονοπέδιλα και τα μεγάλα φορτηγά αυτοκίνητα έχουν διπλές ρόδες. Αντίθετα, τα κοφτερά εργαλεία και όργανα έχουν μικρή επιφάνεια επαφής, ώστε η πίεση να είναι μεγαλύτερη. Όταν η δύναμη εκφράζεται σε χιλιόγραμμα βάρους (Kgr* ή Kp) και η επιφάνεια σε τετραγωνικά εκατοστά (cm2), η πίεση εκφράζεται σε Kgr*/cm2 ή σε Κp/cm2. Η μονάδα αυτή πίεσης λέγεται τεχνητή ατμόσφαιρα (1at). Εκτός από την τεχνητή ατμόσφαιρα χρησιμοποιείται και η φυσική ατμόσφαιρα σε τιμή ελάχιστα μεγαλύτερη.
Στο Διεθνές σύστημα (SI) παράγωγη μονάδα πίεσης είναι το Πασκάλ (Ρα), που είναι ίσο με 1Ν/m2. Άλλες μονάδες πίεσης είναι η δύνη ανά τετραγωνικό εκατοστό (1dyn/cm2), το 1 Τοrr, που είναι ίσο με 1 χιλιοστόμετρο στήλης υδραργύρου, ενώ στη μετεωρολογία το 1 Bar και 1 m Bar.
Υδροστατική πίεση. Η πίεση την οποία δέχεται μία επιφάνεια, που βρίσκεται μέσα σε ένα ακίνητο υγρό. Η υδροστατική πίεση δίνεται από τον τύπο p = h  d  g, όπου h το ύψος (βάθος) του υγρού, d η πυκνότητα και g η επιτάχυνση της βαρύτητας. Είναι ανεξάρτητη από τον προσανατολισμό της επιφάνειας, ανάλογη προς την πυκνότητα του υγρού και ανάλογη προς την κατακόρυφη απόσταση του κέντρου βάρους της επιφάνειας από την ελεύθερη επιφάνεια του υγρού.
Η υδροστατική πίεση που αναπτύσσεται μέσα σε ακίνητα υγρά οφείλεται είτε στη βαρύτητα είτε σε εξωτερικά ασκούμενη δύναμη είτε και στα δύο αυτά αίτια. Ειδικά για τα υγρά, επειδή είναι ασυμπίεστα, οι πιέσεις μεταβιβάζονται αμετάβλητες μέσα στη μάζα τους σύμφωνα με την αρχή του Πασκάλ.
Στην περίπτωση που ένα υγρό κινείται, ισχύει ο νόμος του Μπερνούλι, ο οποίος εκφράζεται από τη σχέση. Το p λέγεται στατική πίεση και το δυναμική πίεση. Το σταθερό άθροισμα p λέγεται ολική πίεση.
Ατμοσφαιρική πίεση. Είναι η πίεση που αναπτύσσεται μέσα στην ατμόσφαιρα και οφείλεται στο βάρος των μορίων του αέρα. Η ατμοσφαιρική πίεση ασκείται σε κάθε επιφάνεια που βρίσκεται μέσα στην ατμόσφαιρα. Η απόδειξη για την ύπαρξη και η μέτρηση της ατμοσφαιρικής πίεσης γίνεται με πολλούς τρόπους, αλλά ιστορική και πρακτική αξία έχει το πείραμα του Τοριτσέλι. Η κανονική ατμοσφαιρική πίεση είναι ίση με την πίεση στήλης υδραργύρου ύψους 76 εκ. σε θερμοκρασία 0°C.
Η διαφορά ανάμεσα στην υδροστατική και στην ατμοσφαιρική πίεση είναι ότι η πρώτη είναι γραμμική συνάρτηση του ύψους, ενώ η δεύτερη εκθετική συνάρτησή του.
Πλάσμα. Αέριο υψηλού ιονισμού, όπου ο αριθμός των ελεύθερων ηλεκτρονίων είναι ίσος σχεδόν προς τον αριθμό των θετικών ιόντων. Ορισμένες φορές χαρακτηρίζεται ως μια τέταρτη κατάσταση της ύλης. Πλάσμα υπάρχει στο διαστρικό χώρο, στις ατμόσφαιρες των αστέρων (περιλαμβανομένου και του Ήλιου), σε σωλήνες εκκένωσης και σε πειραματικούς θερμοπυρηνικούς αντιδραστήρες.
Επειδή τα σωματίδια σ’ ένα πλάσμα είναι φορτισμένα, η συμπεριφορά τους διαφέρει σε κάποιους τομείς από εκείνη του αερίου. Πλάσμα μπορούμε να δημιουργήσουμε σε κάποιο εργαστήριο με θέρμανση αερίου χαμηλής πίεσης μέχρι που η μέση κινητική ενέργεια των σωματιδίων του αερίου γίνει συγκρίσιμη προς το δυναμικό ιονισμού των μορίων ή των ατόμων του αερίου. Σε πολύ υψηλές θερμοκρασίες, περίπου πάνω από 50.000°Κ, οι κρούσεις μεταξύ των σωματιδίων του αερίου προκαλούν καταιγιστικό ιονισμό του αερίου. Σε ορισμένες περιπτώσεις όμως, όπως είναι η λάμπα φθορισμού, η θερμοκρασία παραμένει αρκετά χαμηλή, όσο τα σωματίδια του πλάσματος συγκρούονται συνεχώς με τα τοιχώματα του δοχείου τους, προξενώντας ψύξη και επανασύνδεση. Στις περιπτώσεις αυτές ο ιονισμός είναι μόνο μερικός και απαιτεί άφθονη είσοδο ενέργειας.
Στις θερμοπυρηνικές αντιδράσεις διατηρείται μια τεράστια θερμοκρασία στο πλάσμα, επειδή το συγκρατούμε μακριά από τα τοιχώματα του δοχείου χρησιμοποιώντας ηλεκτρομαγνητικά πεδία. Η μελέτη του πλάσματος είναι γνωστή ως φυσική του πλάσματος.
Πόλωση φωτός. Ο όρος αυτός, όταν εφαρμόζεται στα ηλεκτρομαγνητικά κύματα, σημαίνει ότι η κύμανση των ανυσμάτων του ηλεκτρικού και του μαγνητικού πεδίου περιορίζεται σε ένα επίπεδο.
Η πόλωση αναφέρεται επίσης στο διαχωρισμό θετικών και αρνητικών φορτίων με την επίδραση ενός ηλεκτρικού πεδίου.
Το φως, που είναι ηλεκτρομαγνητική ακτινοβολία, εκτός από τα φαινόμενα ανάκλασης, διάθλασης και περίθλασης, μπορεί να παρουσιάσει και το φαινόμενο της πόλωσης. Οι ταλαντώσεις του φυσικού φωτός είναι κάθετες προς τον άξονα διάδοσης της κύμανσης και κινούνται προς όλες τις διευθύνσεις. Η πόλωση όμως του φωτός έχει ως αποτέλεσμα τον περιορισμό των ταλαντώσεων σε ένα αυστηρά περιορισμένο επίπεδο, σε αντίθεση με το φυσικό φως. Το επίπεδο αυτό είναι πάντα κάθετο προς το επίπεδο πρόσπτωσης. Η πόλωση γίνεται δυνατή, όταν το φως περάσει μέσα από πολωτικά σώματα, όπως τα πολαρόιντ ή μετά από ανάκλαση και διάθλαση. Το ανακλώμενο από τα τζάμια των παραθύρων φως είναι πολωμένο, ενώ η γωνία ολικής πόλωσης για κάθε ουσία είναι εκείνη η γωνία πρόσπτωσης με την οποία η ανακλώμενη ακτίνα είναι κάθετη στη διαθλώμενη. Η προηγούμενη πρόταση είναι ο νόμος του D. Brewster. Ουσίες με μεταλλική επίστρωση, καθώς επίσης και μέταλλα, δεν μπορούν να χρησιμοποιηθούν στην πόλωση από ανάκλαση.
Για τη δημιουργία και την έρευνα της πόλωσης χρησιμοποιούνται δύο πλάκες πολαρόιντ, η πρώτη από τις οποίες προκαλεί την πόλωση και λέγεται πολωτής, ενώ η δεύτερη ανιχνεύει τη δέσμη του φωτός και λέγεται αναλύτης. Μετά τον αναλύτη δεν παρουσιάζεται φωτεινή ακτίνα, όταν το χαρακτηριστικό του επίπεδο είναι κάθετο προς το επίπεδο του πολωτή. Μέγιστη φωτεινότητα παρουσιάζεται, όταν τα επίπεδα κραδασμών συμπίπτουν, ενώ για ενδιάμεσες θέσεις η ένταση της φωτεινής δέσμης παίρνει ενδιάμεσες τιμές. Επειδή πόλωση συμβαίνει μόνο σε εγκάρσια κύματα, το φαινόμενο είναι μια από τις αποδείξεις ότι τα φωτεινά κύματα είναι εγκάρσια. Αντίθετα, στα διαμήκη ηχητικά κύματα δεν είναι δυνατή η πόλωση.
Η χρησιμοποίηση του πολωμένου φωτός βρίσκει εξαιρετική εφαρμογή στον τεχνολογικό έλεγχο της αντοχής των υλικών. Έτσι, πρότυπα από πλαστική ύλη των μηχανών και των ευαίσθητων εξαρτημάτων των διαστημοπλοίων εξετάζονται με πολωμένο φως, οπότε παρουσιάζονται οι περιοχές των μεγαλύτερων εντάσεων με έντονα χρώματα περίθλασης. Με τη μέθοδο αυτή γίνονται ορατά τα διάφορα σημεία παραμόρφωσης και ενισχύονται κατάλληλα. Επίσης μικροσκόπια με πολωμένο φως χρησιμοποιούνται στις βιολογικές και τις χημικές έρευνες. (Για άλλες εφαρμογές πόλωσης του φωτός βλ. λ. πολαρόιντ).
Πομπός. Συσκευή που μετατρέπει ακουστικά, οπτικά κ.ά. σήματα σε ηλεκτρομαγνητικά κύματα υψηλής συχνότητας και τα εκπέμπει προς όλες τις διευθύνσεις ή προς ορισμένη θέση.
Τα σήματα αυτά μετατρέπονται σε ρεύματα χαμηλής συχνότητας και μεταφέρονται σε μεγάλες αποστάσεις μέσω των υψηλών συχνοτήτων, που διαδίδονται στον εναέριο χώρο ως ηλεκτρομαγνητική ακτινοβολία.
Η χαμηλή μεταφερόμενη συχνότητα έχει τιμές κυμαινόμενες μεταξύ 300-15.000 ΗZ, ενώ η υψηλή ξεκινά από 15.000 ΗZ και φτάνει στα εκατομμύρια ΗZ.
Η υψηλή συχνότητα παράγεται από ένα είδος γεννήτριας υψηλής συχνότητας. Αυτές οι γεννήτριες είναι ηλεκτρονικά κυκλώματα που συνδεσμολογούνται έτσι, ώστε να αποτελέσουν έναν ταλαντωτή υψηλής συχνότητας. Επικεφαλής λοιπόν του πομπού βρίσκεται αυτός ο ταλαντωτής (βλ. σχήμα).
Δεν ωφελεί όμως να μετατρέψουμε την υψηλή συχνότητα σε ακτινοβολία, γιατί αυτή πρέπει πρώτα να φέρει μαζί της τη χαμηλή συχνότητα, το σήμα. Αυτό γίνεται, αν το πλάτος της υψηλής συχνότητας μεταβάλλεται ανάλογα με το ρυθμό της χαμηλής συχνότητας (διαμόρφωση κατά πλάτος) ή αν η υψηλή συχνότητα μεταβάλλεται αυτή καθεαυτή ανάλογα με το ρυθμό της χαμηλής συχνότητας, έχουμε δηλαδή πυκνώματα και αραιώματα (διαμόρφωση κατά συχνότητα).
Αφού γίνει η διαμόρφωση της υψηλής συχνότητας, τότε μόνο το διαμορφωμένο κύμα που περιέχει και το σήμα της χαμηλής συχνότητας μπορεί να ακτινοβοληθεί από την κεραία του πομπού.
Μετά από αυτά μπορούμε να εξηγήσουμε το σχήμα, όπου σε block διάγραμμα φαίνεται η λειτουργία ενός απλού πομπού.
Η φωνή και η μουσική μετατρέπονται στο στούντιο με τη βοήθεια του μικροφώνου σε ρεύμα χαμηλής συχνότητας. Το ρεύμα αυτό είναι πολύ ασθενές για να πάει μακρύτερα και χρειάζεται να ενισχυθεί με έναν ενισχυτή χαμηλής συχνότητας. Από την άλλη μεριά, στο κτίριο του κυρίως πομπού, ένας ταλαντωτής παράγει κατά ανεξάρτητο τρόπο το ρεύμα υψηλής συχνότητας. Επειδή και αυτό είναι ασθενές, πρέπει να ενισχυθεί με έναν ενισχυτή υψηλών συχνοτήτων. Στη συνέχεια αυτά τα δύο ανεξάρτητα ρεύματα με τη μέθοδο της διαμόρφωσης γίνονται ένα διαμορφωμένο ρεύμα στη βαθμίδα διαμόρφωσης, το οποίο μετά ενισχύεται με έναν ενισχυτή υψηλής συχνότητας και οδεύει προς την κεραία του πομπού, όπου και ακτινοβολείται. Βέβαια σ’ αυτές τις βαθμίδες προστίθενται και φίλτρα υψηλών και χαμηλών συχνοτήτων, έτσι ώστε να αποφευχθεί η εκπομπή παράσιτων και θορύβων.
Η κεραία είναι ένα είδος συνδέσμου ανάμεσα στον πομπό και στον ελεύθερο χώρο. Μετατρέπει την ενέργεια του ρεύματος υψηλών συχνοτήτων σε ενέργεια ακτινοβολίας και γενικά είναι η άκρη όλης της συνδεσμολογίας του πομπού.
Υπάρχουν πολλών ειδών πομποί. Έχουμε τους πομπούς ραδιοφωνίας διάφορων ισχύων, τους πομπούς τηλεόρασης, οι οποίοι περιέχουν εκτός από πομπό ήχου και πομπό εικόνας, τους πομπούς ραδιοτηλεγραφίας, τους πομπούς σημάτων Μορς, οι οποίοι εκπέμπουν σήματα της ίδιας συχνότητας, αλλά διαφορετικής διάρκειας, και άλλους πολλούς, των οποίων οι βασικές αρχές είναι αυτές που αναφέρθηκαν παραπάνω και διαφέρουν μόνο σε συνδεσμολογίες και τελειοποιήσεις.
Πτώση. Η κίνηση ενός σώματος με την επίδραση του βάρους του. Όλα τα σώματα που βρίσκονται ελεύθερα στο χώρο και δέχονται την επίδραση της έλξης της Γης, πέφτουν με κίνηση ευθύγραμμη και ομαλώς επιταχυνόμενη. Η προς τα κάτω κίνηση θα υπάρχει στην περίπτωση που η μόνη δύναμη που δρα πάνω στο σώμα είναι το βάρος του, το οποίο ισούται με Β=m•g, όπου g είναι η επιτάχυνση της βαρύτητας. Πολλά πειράματα απέδειξαν ότι η επιτάχυνση της βαρύτητας είναι η ίδια για όλα τα σώματα που βρίσκονται στον ίδιο τόπο. Επίσης είναι γνωστό ότι τα ελαφριά σώματα πέφτουν πολύ πιο αργά από τα βαριά. Για το λόγο αυτό στα σχολεία της εποχής του Γαλιλαίου διδασκόταν ότι τα σώματα πέφτουν με ταχύτητες ανάλογες προς το βάρος τους.
Ο Γαλιλαίος όμως δεν ήταν ικανοποιημένος από αυτή την εύκολη παραδοχή και πραγματοποίησε τα περίφημα πειράματα της Πίζας. Μπροστά σε καθηγητές και μαθητές του πανεπιστημίου της Πίζας και από το ύψος των 55 μ. του πύργου της πόλης άφησε ελεύθερες σφαίρες διάφορων υλικών και διαστάσεων και παρατήρησε ότι έφταναν στο έδαφος σχεδόν ταυτόχρονα. Συμπέρασμα των πολλών πειραμάτων του ήταν ότι όλα τα σώματα, άσχετα με το αν είναι ελαφριά ή βαριά, θα έπεφταν με την ίδια ταχύτητα, αν δεν υπήρχε η αντίσταση του αέρα. Ο κενός σωλήνας του Νεύτωνα πιστοποιεί την αλήθεια αυτού του συμπεράσματος. Σ’ αυτόν το σωλήνα, που έχει μήκος 2 μ. και είναι κενός από αέρα, γίνεται δυνατή η παρατήρηση της ταυτόχρονης πτώσης ενός φτερού, ενός χαρτιού και ενός κομματιού μετάλλου.
Σε πειραματικές μεθόδους, όπως η αυτογραφική, η χρονοφωτογραφική, το κεκλιμένο επίπεδο και η μηχανή του Άντγουντ, βασίζονται οι νόμοι της ελεύθερης πτώσης, που είναι οι εξής:
α) Στο κενό όλα τα σώματα πέφτουν ταυτόχρονα.
β) Το διάστημα που διανύεται από ένα σώμα που πέφτει στο κενό είναι ανάλογο προς το τετράγωνο του χρόνου.
γ) Η ταχύτητα ενός σώματος που πέφτει στο κενό είναι ανάλογη προς το χρόνο.
Οι νόμοι αυτοί ισχύουν αυστηρά μόνο για σώματα που πέφτουν στο κενό. Όταν η κίνηση γίνεται μέσα στην ατμόσφαιρα, υπάρχει και η αντίσταση του αέρα. Αν οι δύο δυνάμεις, βάρος του σώματος και αντίσταση του αέρα, ισορροπήσουν, τότε τα σώματα χάνουν την επιτάχυνσή τους και πέφτουν με σταθερή ταχύτητα, η οποία διαφέρει στα διάφορα σώματα και λέγεται ορική ταχύτητα.
Πειραματικά βρέθηκε ότι ένας αλεξιπτωτιστής, που εκτελεί ελεύθερη πτώση, αποκτά τη μέγιστη ορική ταχύτητα των 49 cm/sec μετά από κίνηση περίπου 536 μ.
Πυκνωτής. Ένα από τα βασικά εξαρτήματα κάθε ηλεκτρονικής κατασκευής για την εναποθήκευση ηλεκτρικών φορτίων. Στην πιο απλή μορφή του ο πυκνωτής αποτελείται από δύο παράλληλες μεταλλικές πλάκες, μεταξύ των οποίων παρεμβάλλεται ένα μονωτικό, που μπορεί να είναι αέρας, γυαλί, μίκα κτλ. Οι μονωτές αυτοί λέγονται διηλεκτρικά. Κάθε διηλεκτρικό χαρακτηρίζεται από τη διηλεκτρική του σταθερά και τη διηλεκτρική αντοχή, δηλαδή τη μέγιστη ένταση του ηλεκτρικού πεδίου στην οποία αντέχει το διηλεκτρικό.
Αν ο πυκνωτής συνδεθεί με μια μπαταρία, η μια πλάκα του θα αποκτήσει θετικό φορτίο και η άλλη αρνητικό, οπότε λέμε ότι ο πυκνωτής είναι φορτισμένος. Ο πυκνωτής εκφορτίζεται όταν βραχυκυκλωθούν οι δύο ακροδέκτες του ή αν συνδεθεί με ένα κλειστό κύκλωμα.
Ανάλογα με την κατασκευή τους οι πυκνωτές διακρίνονται σε σταθερούς, ρυθμιζόμενους, μεταβλητούς και ανάλογα με τη χρήση τους σε συντονισμού, φίλτρου, σύζευξης κ.ά.
Ο βαθμός της ικανότητας ενός πυκνωτή να αποταμιεύει ηλεκτρικά φορτία λέγεται χωρητικότητα. Η τιμή της χωρητικότητας (C) δίνεται από το πηλίκο των φορτίων (Q) καθεμιάς πλάκας του πυκνωτή προς τη διαφορά δυναμικού που υπάρχει ανάμεσα στις πλάκες, όταν όλα τα μεγέθη εκφράζονται στο ίδιο σύστημα μονάδων. Πρακτική μονάδα χωρητικότητας είναι το φαράντ (1 F), ενώ στις τεχνικές εφαρμογές χρησιμοποιούνται υποπολλαπλάσιά του, όπως το μικροφαράντ (1 μF) και το μικρομικροφαράντ (1 μμ F ή 1 pF). Συνήθως η χωρητικότητα, η ανοχή, η τάση λειτουργίας και μερικά άλλα χαρακτηριστικά των πυκνωτών σημειώνονται στο περίβλημά τους ή συμβολίζονται με μια σειρά χρωμάτων που ανήκουν σε ένα χρωματικό κώδικα αναγνώρισης πυκνωτών. Η χωρητικότητα του πυκνωτή εξαρτάται από την επιφάνεια των πλακών, από την αντίστασή τους, από το είδος του διηλεκτρικού και από τη γειτονική παρουσία αγωγών.
Επίσης ανάλογα με τον τρόπο σύνδεσης των πυκνωτών μεταβάλλεται και η χωρητικότητα. Στη σύνδεση πυκνωτών «εν σειρά» η ολική χωρητικότητα είναι πάντα μικρότερη από την πιο μικρή χωρητικότητα του συστήματος, ενώ στην «παράλληλη» σύνδεση η ολική χωρητικότητα είναι ίση με το άθροισμα των επιμέρους.
Σε ειδικές περιπτώσεις, όπου χρειάζεται μεγάλη χωρητικότητα και μικρό μέγεθος του πυκνωτή, χρησιμοποιούνται ειδικά κεραμικά υλικά με βάση το οξείδιο του τιτάνιου ή το τιτανικό βάριο.
Κάθε είδος πυκνωτή σε κύκλωμα συνεχούς ρεύματος παρουσιάζει θεωρητικά άπειρη αντίσταση και αποτελεί διακοπή. Αντίθετα, στα κυκλώματα εναλλασσόμενου ρεύματος οι πυκνωτές παρουσιάζουν ορισμένη χωρητική αντίσταση, ανάλογη με τη χωρητικότητα και την κυκλική συχνότητα της εναλλασσόμενης τάσης.
Από άποψη λειτουργικής δυνατότητας το χωρητικό φαινόμενο, που οφείλεται στους πυκνωτές, διαμορφώνει τη συμπεριφορά των ηλεκτρονικών κυκλωμάτων και κάνει δυνατή: α) τη σταθεροποίηση μιας τάσης με συνεχή και εναλλασσόμενη συνιστώσα γύρω από μια μέση τιμή, β) τη μεταβίβαση σημάτων από βαθμίδα σε βαθμίδα με σύγχρονη αποκοπή της συνεχούς συνιστώσας, γ) την κατασκευή, σε συνδυασμό με πηνίο, φίλτρων αποκοπής συχνότητας και κυκλωμάτων επιλογής.
Πυρήνας, ατομικός. Η περιοχή στο κέντρο του ατόμου, στην οποία θεωρείται συγκεντρωμένη όλη σχεδόν η μάζα του.
Ο ατομικός πυρήνας αποτελείται από δύο βασικά συστατικά, τα πρωτόνια και τα νετρόνια, με μόνη εξαίρεση τον πυρήνα του ατόμου του υδρογόνου, που έχει ένα πρωτόνιο. Εκτός από τα δύο αυτά στοιχειώδη σωματίδια που περιλαμβάνονται στον όρο νουκλεόνια, υπάρχουν και μερικά άλλα, όπως τα μεσόνια, ποζιτρόνια κτλ., τα οποία όμως δημιουργούνται από δευτερογενείς δράσεις και διασπάσεις.
Ο αριθμός των πρωτονίων που έχει ο ατομικός πυρήνας ενός στοιχείου συμβολίζεται με Ζ και δίνει επίσης τον αριθμό των πλανητικών ηλεκτρονίων του ουδέτερου ατόμου και τον αύξοντα αριθμό του στοιχείου στο περιοδικό σύστημα. Το άθροισμα των πρωτονίων Ζ και των νετρονίων Ν του πυρήνα ενός στοιχείου δίνει το μαζικό αριθμό Μ, ο οποίος ισούται με τον πιο κοντινό ακέραιο αριθμό προς το ατομικό βάρος του στοιχείου.
Οι ατομικοί πυρήνες έχουν θετικό φορτίο, το οποίο είναι αριθμητικά ίσο προς τον ατομικό αριθμό. Το πυρηνικό φορτίο μετριέται με μονάδα το στοιχειώδες φορτίο e = 1,602  10-19 Cb. Το μέγεθος του ατομικού πυρήνα είναι πολύ μικρό σε σχέση με το συνολικό μέγεθος του ατόμου, ενώ η πυκνότητά του σε σύγκριση με τις γνωστές πυκνότητες των διάφορων υλικών είναι τεράστια και φτάνει την τιμή περίπου των 200 εκατομμυρίων τόνων ανά κυβικό εκατοστό. Η πυκνότητα αυτή είναι πολύ σταθερή και οι πυρήνες παρουσιάζουν ομοιότητες με τις σταγόνες ενός υγρού που έχει ομοιόμορφη κατανομή στη μάζα και σταθερή πυκνότητα. Για το λόγο αυτό δημιουργήθηκε ένα πυρηνικό πρότυπο, αντίστοιχο με τα διάφορα ατομικά πρότυπα, που λέγεται υπόδειγμα σταγόνας.
Τα πειράματα και οι έρευνες για την ανακάλυψη της δομής και της συμπεριφοράς των ατομικών πυρήνων είναι περισσότερο δύσκολα και πολύπλοκα από τα πειράματα διερεύνησης του ατομικού περιβλήματος.
Τις πρώτες σημαντικές πληροφορίες για την οργάνωση των ατομικών πυρήνων έδωσε η φυσική ραδιενέργεια, στην οποία συμβαίνει μεταστοιχείωση, με ταυτόχρονη εκπομπή ακτινοβολίας. Αργότερα ο βομβαρδισμός των ατομικών πυρήνων με επιταχυμένα ατομικά σωματίδια πρόσφερε νέες γνώσεις, ενώ τις πιο σημαντικές πληροφορίες έδωσε η τεχνητή ραδιενέργεια.
Ανάλογα με τον αριθμό των πυρηνικών συστατικών και τη μεταξύ τους αριθμητική σχέση, οι ατομικοί πυρήνες μπορούν να καταταγούν σε διάφορες κατηγορίες. Έτσι, οι ισοβαρείς πυρήνες έχουν τον ίδιο μαζικό αριθμό Α, διαφορετικό όμως ατομικό αριθμό Ζ. Οι ισότοποι πυρήνες έχουν τον ίδιο αριθμό νετρονίων, διάφορο όμως αριθμό πρωτονίων. Οι ισομερείς πυρήνες έχουν τους ίδιους αριθμούς Α και Ζ, αλλά διαφέρουν από άποψη ενεργειακής κατάστασης. Οι ισότονοι πυρήνες έχουν τον ίδιο αριθμό νετρονίων, διάφορο όμως αριθμό πρωτονίων.
Η σύσταση των ατομικών πυρήνων δεν είναι δυνατό να δώσει θετικά συμπεράσματα για τη σταθερότητα ή την αστάθεια της δομής τους. Έτσι, γίνεται μια εμπειρική ταξινόμηση, σύμφωνα με την οποία εξάγονται όσο το δυνατό πιο γενικευμένα συμπεράσματα. Αυτή η ταξινόμηση δίνει τέσσερις τύπους, οι οποίοι είναι:
(αα) - Άρτιος αριθμός πρωτονίων + άρτιος αριθμός νετρονίων.
(απ) - Άρτιος αριθμός πρωτονίων + περιττός αριθμός νετρονίων.
(πα) - Περιττός αριθμός πρωτονίων + άρτιος αριθμός νετρονίων.
(ππ) - Περιττός αριθμός πρωτονίων + περιττός αριθμός νετρονίων.
Ο μεγαλύτερος αριθμός των ατομικών πυρήνων ανήκει στον τύπο (αα).
Με βάση αυτή την ταξινόμηση εξάγονται συμπεράσματα, εμπειρικά πάντα, για τη σταθερότητα των πυρήνων.
Για την έρευνα της δομής των ατομικών πυρήνων χρησιμοποιούνται συνήθως επιταχυμένα νετρόνια, επειδή αυτά τα σωματίδια είναι ηλεκτρικά ουδέτερα και δεν εμποδίζονται από το φράγμα δυναμικού που σχηματίζουν γύρω του το θετικό φορτίο του πυρήνα. Το φράγμα δυναμικού είναι θεωρητική έννοια και σημαίνει την ανασχετική δύναμη που δημιουργεί το ηλεκτρικό πεδίο του πυρήνα στην κίνηση των ομώνυμα φορτισμένων σωματιδίων-βλημάτων.
Από μέτρηση με ευαίσθητους φασματογράφους μαζών βρέθηκε ότι η πραγματική μάζα του ατομικού πυρήνα είναι μικρότερη από το άθροισμα των μαζών των νετρονίων και των πρωτονίων του. Έτσι, σε κάθε πυρήνα παρουσιάζεται ένα έλλειμμα μάζας, το οποίο είναι ίσο με τη διαφορά του αθροίσματος (Δm) των μαζών των νουκλεονίων και της πραγματικής μάζας του πυρήνα. Αυτή η μάζα Δm μετασχηματίζεται σε ενέργεια, σύμφωνα με την αρχή «ισοδυναμίας μάζας και ενέργειας» του Αϊνστάιν.
Η ενέργεια αυτή λέγεται ενέργεια σύνδεσης, γιατί παρουσιάζεται τη στιγμή που σχηματίζεται ο ατομικός πυρήνας από τη σύνδεση των πρωτονίων και των νετρονίων. Η σταθερότητα ενός ατομικού πυρήνα είναι συνάρτηση του μεγέθους της ενέργειας σύνδεσης.
Η επίτευξη της σχάσης των βαρέων ατομικών πυρήνων ήταν μια από τις πιο σπουδαίες ανακαλύψεις του ανθρώπου, γιατί συνδέεται άμεσα με την παραγωγή τεράστιων ποσοτήτων ενέργειας (βλ. λ. σχάση).
Στα διάφορα υποδείγματα πυρήνων προστέθηκε από το 1971 η θεωρία, σύμφωνα με την οποία το υπόδειγμα των τετράδων εξηγεί την ουσία πολλών φαινομένων που παρατηρήθηκαν και συμφιλιώνει διάφορες ασυμβίβαστες μεταξύ τους απόψεις. Η γενικευμένη αυτή θεωρία προσπαθεί να συνδέσει τους πυρηνικούς μηχανισμούς με τις αλληλεπιδράσεις μεταξύ των νουκλεονίων.
Ραδιενέργεια. Χαρακτηριστική ιδιότητα μερικών στοιχείων να παρουσιάζουν αυτόματη διάσπαση των πυρήνων τους ή διάσπαση των πυρήνων τους μετά από βομβαρδισμό με σωματίδια επιταχυμένα για να εκπέμπουν σωματιδιακή και ηλεκτρομαγνητική ακτινοβολία. Η περίπτωση της αυτόματης διάσπασης αναφέρεται στη φυσική ραδιενέργεια, ενώ η διάσπαση μετά από βομβαρδισμό αναφέρεται στην τεχνητή ραδιενέργεια, η οποία προέρχεται από τεχνητά παρασκευασμένα ραδιοϊσότοπα.
Πρώτος ο Γάλλος φυσικός Ανρί Μπεκερέλ, το 1896, επηρεασμένος από την ανακάλυψη των ακτίνων Χ από το Ρέντγκεν, θέλησε να ερευνήσει το γεγονός του φθορισμού ενώσεων του ουρανίου όταν φωτιστούν.
Η ένωση με την οποία εργαζόταν ο Μπεκερέλ ήταν το θειικό ουρανύλιο του καλίου και μια μέρα που δεν είχε ήλιο ακούμπησε την ένωση αυτή πάνω σε μια φωτογραφική πλάκα, μέσα σε ένα συρτάρι. Η εμφάνιση του φιλμ με την αποτύπωση μιας σκοτεινής κηλίδας πάνω του, που έμοιαζε με το περίγραμμα του κομματιού της ένωσης, έφερε στο προσκήνιο μια νέα ακτινοβολία, που φαινόταν ότι προέρχεται από το εσωτερικό της ύλης και που έμελλε να σφραγίσει το μέλλον της ανθρωπότητας.
Τα πειράματα και τις έρευνες του Μπεκερέλ συνέχισαν ο Πιέρ και η Μαρία Κιουρί, οι οποίοι, στην προσπάθειά τους να διερευνήσουν το μυστήριο της νέας ακτινοβολίας και ενώ δούλευαν με τον ορυκτό πισσουρανίτη, ανακάλυψαν ότι εκτός από ουράνιο ακόμη ένα υλικό εκπέμπει την ίδιας μορφής ακτινοβολία. Στα δύο επόμενα χρόνια την έρευνά τους και τους κόπους τους επισφράγισε η ανακάλυψη δύο ακόμη στοιχείων με τις ίδιες ιδιότητες, του ραδίου και του πολωνίου (1898). Έτσι αποδείχτηκε ότι η νέα ακτινοβολία δεν είναι αποτέλεσμα ιδιομορφίας ενός υλικού, αλλά συνδέεται άμεσα με τους χαρακτήρες μιας ολόκληρης οικογένειας στοιχείων. Οι Κιουρί έδωσαν στη νέα ακτινοβολία το όνομα ραδιενέργεια και μαζί με τον Μπεκερέλ τιμήθηκαν με το βραβείο Νόμπελ.
Η Μαρία Κιουρί για την ανακάλυψη των ραδιενεργών στοιχείων ραδίου και πολωνίου τιμήθηκε πάλι με το βραβείο Νόμπελ και είναι η μόνη που πήρε δύο φορές τη μεγαλύτερη επιστημονική διάκριση. Η κόρη των Κιουρί, Ειρήνη, και ο άντρας της Φρ. Ζολιό συνέχισαν τις έρευνες στον τομέα της ραδιενέργειας και τιμήθηκαν επίσης με το βραβείο Νόμπελ.
Μια σειρά από επιστήμονες (Βιγιάρ, Ράδερφορντ, Ράμσεϊ, Σόντι κ.ά.) με τις έρευνές τους απέδειξαν ότι τα ραδιενεργά στοιχεία εκπέμπουν τρεις τύπους ακτινοβολιών, τις ακτινοβολίες α, β και γ, οι οποίες είναι ανεξάρτητες και δεν επηρεάζονται από εξωτερικούς παράγοντες ή χημικές αιτίες. Τα συμπεράσματα αυτά δείχνουν ότι η ραδιενέργεια είναι ιδιομορφία του εσωτερικού της ύλης και ειδικά της αστάθειας των πυρήνων, οι οποίοι παρουσιάζουν αυτόματη διάσπαση και εκπέμπουν τις χαρακτηριστικές ακτινοβολίες. Η ταυτόχρονη ύπαρξη μαγνητικού και ηλεκτρικού πεδίου στο χώρο, όπου ένα ραδιενεργό υλικό εκπέμπει ακτινοβολίες, δημιουργεί τις προϋποθέσεις για το διαχωρισμό των ακτινοβολιών και τη διερεύνηση της φύσης τους. Έτσι, η ακτινοβολία α αποτελείται από πυρήνες του στοιχείου ηλίου, η ακτινοβολία β αποτελείται από ηλεκτρόνια των οποίων οι ταχύτητες εκτόξευσης πλησιάζουν την οριακή ταχύτητα του φωτός και η ακτινοβολία γ μοιάζει με τις ακτίνες Χ και αποτελείται από ηλεκτρομαγνητικά κύματα με μικρά μήκη κύματος.
Η εκπομπή σωματιδίου α έχει ως συνέπεια τη μεταστοιχείωση, οπότε το στοιχείο που προκύπτει έχει μαζικό αριθμό 4 μονάδες μικρότερο από το αρχικό στοιχείο και ατομικό αριθμό 2 μονάδες μικρότερο από εκείνο. Με την εκπομπή σωματιδίου β και ενός νετρίνου προκύπτει στοιχείο του οποίου ο πυρήνας είναι ισοβαρής με του αρχικού στοιχείου.
Η διάσπαση του πυρήνα του αρχικού στοιχείου αφήνει ένα θυγατρικό πυρήνα, ο οποίος συνήθως βρίσκεται σε κατάσταση διέγερσης. Έτσι, ο νέος πυρήνας για να ξαναγυρίσει στην κατάσταση χαμηλής ενέργειας, που παρουσιάζει περισσότερη ευστάθεια, εκπέμπει την ενέργεια που περισσεύει σαν φωτόνιο ακτινοβολίας γ. Δηλαδή η ακτινοβολία γ παράγεται μετά την εκπομπή των ακτινοβολιών α ή β. Η εκπομπή των ακτινοβολιών α, β και γ είναι γενικά αποτέλεσμα της αστάθειας του πυρήνα, ο οποίος ακτινοβολεί σωματίδια α από το περίσσευμα μάζας ή σωματίδια β από το περίσσευμα ηλεκτρικού φορτίου ή ακτινοβολία γ από το περίσσευμα ενέργειας.
Το φαινόμενο της ραδιενέργειας παρουσιάζουν όλα σχεδόν τα στοιχεία που βρίσκονται στον πίνακα του περιοδικού συστήματος μετά τη θέση 82, δηλαδή όσα έχουν ατομικό αριθμό πέρα από το 82. Από τα υπόλοιπα στοιχεία το κάλιο, το ρουβίδιο, το σαμάριο, το λουτέτσιο και το ρήνιο παρουσιάζουν το φαινόμενο της φυσικής ραδιενέργειας. Ιδιαίτερη σημασία έχει το κάλιο, που αποτελεί και συστατικό του ανθρώπινου σώματος.
Η ραδιενέργεια είναι φαινόμενο που παρουσιάζει μείωση με το χρόνο, υπάρχει δηλαδή μια ραδιενεργός παρακμή, η οποία οφείλεται στο ότι σε κάθε χρονική μονάδα ο ρυθμός των διασπάσεων προκαλεί μείωση των πυρήνων του αρχικού στοιχείου. Η ραδιενεργός παρακμή ακολουθεί ένα στατιστικό νόμο και οι ραδιενεργοί πυρήνες μετά από μια σειρά υποβαθμίσεων καταλήγουν σε σταθερούς πυρήνες.
Χαρακτηριστικό μέγεθος για κάθε ραδιενεργό στοιχείο είναι ο χρόνος υποδιπλασιασμού ή ημιζωή, δηλαδή η χρονική διάρκεια μέσα στην οποία διασπώνται οι μισοί από τους πυρήνες μιας ορισμένης ποσότητας του ραδιενεργού στοιχείου. Από άποψη μαθηματικής διατύπωσης η σχέση Ν= Ν0.e-λt εκφράζει το νόμο των ραδιενεργών μετατροπών, όπου λ η σταθερά διάσπασης, Ν0 ο αριθμός των πυρήνων μετά από χρόνο t και e η βάση των φυσικών λογαρίθμων.
Τα ραδιενεργά στοιχεία μπορούν να ταξινομηθούν σε ορισμένες ακολουθίες οι οποίες ονομάζονται οικογένειες. Είναι φυσικό ότι τα μέλη κάθε οικογένειας έχουν μαζικούς αριθμούς που ανήκουν σε ένα γενικό τύπο. Οι οικογένειες αρχίζουν με ένα στοιχείο που έχει μεγάλο χρόνο ζωής και καταλήγουν σε σταθερά ισότοπα. Από τις τέσσερις οικογένειες οι τρεις περιλαμβάνουν τα φυσικά ραδιενεργά στοιχεία και η τέταρτη είναι η τεχνητή ραδιενεργός οικογένεια του ποσειδωνίου. Οι οικογένειες των φυσικών ραδιενεργών στοιχείων είναι: α) η οικογένεια του θορίου, β) η οικογένεια του ακτινίου και γ) η οικογένεια του ουρανίου, οι οποίες και καταλήγουν σε σταθερά ισότοπα του μολύβδου, ενώ η οικογένεια του ποσειδωνίου καταλήγει σε βισμούθιο.
Όλα τα ραδιενεργά υλικά μαυρίζουν τα φωτογραφικά φιλμ, προκαλούν φθορισμό, ιονίζουν τα αέρια, εκπέμπουν θερμότητα και έχουν βιολογικές επιδράσεις. Από τις ιδιότητες αυτές πολλές χρησιμοποιούνται σε τεχνικές και θεραπευτικές εφαρμογές, αλλά αρκετές έχουν βλαβερές συνέπειες για τους ζωντανούς οργανισμούς. Η πιο βασική επίδραση είναι στα γονίδια των χρωματοσωμάτων, οπότε λόγω μεταλλάξεων παρουσιάζονται μεταβολές αυτόματες και απόγονοι με ψυχοσωματικές ανωμαλίες, οι οποίες είναι κληρονομικές. Για την προστασία των εργαζομένων σε θεραπευτικές ή βιομηχανικές μονάδες καθιερώθηκαν διεθνώς μέγιστα επιτρεπτά όρια δόσης ακτινοβολίας για τα διάφορα μέρη του σώματος. Θύματα του αόρατου θανάτου που φέρουν οι ραδιενεργές ακτινοβολίες ήταν η Μαρία Κιουρί, καθώς και η κόρη της Ειρήνη με το σύζυγό της Φ. Ζολιό. Στη σύγχρονη εποχή στα κέντρα ατομικών ερευνών χρησιμοποιούνται προστατευτικές στολές και λαβίδες, ανιχνευτές που προειδοποιούν ότι η ραδιενέργεια ξεπέρασε το μέγιστο επιτρεπτό όριο και ρομπότ για το χειρισμό των επικίνδυνων υλικών. Το πρόβλημα όμως της αντιμετώπισης των κινδύνων που προέρχονται από τη ραδιενέργεια γίνεται περισσότερο δύσκολο, καθώς η ατομική ενέργεια παίρνει ρυθμιστική ενεργειακή θέση μετά την κρίση πετρελαίου που άρχισε το 1974-1975 και ανάγκασε τους επιστήμονες να αναζητήσουν άλλες πηγές ενέργειας. Τα υποπροϊόντα ή ραδιενεργά κατάλοιπα τόσο των ειρηνικών όσο και των πολεμικών εφαρμογών της ατομικής ενέργειας αποτελούν ένα οξύ πρόβλημα, γιατί πρέπει να δεσμευτούν και να απομακρυνθούν χωρίς να αποτελέσουν πηγές κινδύνου. Κύριες μέθοδοι απομάκρυνσης των ραδιενεργών αποβλήτων ή σκουπιδιών είναι η ταφή, η καταβύθιση και η σπογγώδης σταθεροποίηση. Όσο για τα ραδιενεργά κατάλοιπα, έμμεσα και άμεσα των πολεμικών εφαρμογών, αρκεί να φέρει κανείς στο μυαλό του τα αποτελέσματα της έκρηξης της ατομικής βόμβας στη Χιροσίμα.
Το 1963 οι ΗΠΑ, η τότε ΕΣΣΔ και η Μ. Βρετανία υπέγραψαν συμφωνία, που απαγόρευε όλες τις πυρηνικές δοκιμές, εκτός από τις υπόγειες. Από το 1959, οπότε εγκαινιάστηκε το πρώτο σκάφος που κινείται με ατομική ενέργεια, ήταν ορατός και ο κίνδυνος μόλυνσης των ωκεανών του πλανήτη από ραδιενέργεια. Ο κίνδυνος από τη ραδιενέργεια έγινε πιο άμεσος με το ατύχημα στο Τσέρνομπιλ το 1986.
Ραδιογωνιόμετρο. Ηλεκτρονική διάταξη με την οποία γίνεται δυνατός ο προσδιορισμός της διεύθυνσης των ραδιοκυμάτων που εκπέμπονται από έναν πομπό. Είναι και εξάρτημα της ραδιοπλοήγησης, γιατί με αυτό κάθε ναυτικός αλλά και αεροπόρος μπορεί να βρει το στίγμα του πλοίου ή του αεροπλάνου του με τη βοήθεια, φυσικά, κατάλληλων χαρτών. Στην περίπτωση αυτή ονομάζεται και ραδιοπυξίδα.
Με την προσθήκη μιας κεραίας κάθε ραδιόφωνο τρανζίστορ μπορεί να μετατραπεί σε ραδιογωνιόμετρο. Η βασική αρχή λειτουργίας είναι ο υπολογισμός των γωνιών υπό τις οποίες το πλοίο «βλέπει», από την κάθε θέση του, τους διάφορους ραδιοφωνικούς σταθμούς.
Στα πλοία το ραδιογωνιόμετρο (ή ραδιοπυξίδα) βρίσκεται εγκατεστημένο στη γέφυρα του πλοίου, ενώ στα αεροπλάνα βρίσκεται στην καμπίνα διακυβέρνησης. Όταν είναι γυρισμένο στη διεύθυνση του πομπού (συνήθως ένα ραδιοφάρο) εκπέμπει ισχυρό σήμα, ενώ όταν είναι κάθετο στη διεύθυνση αυτήν τότε το σήμα είναι ελάχιστο. Κατόπιν, πάνω στο χάρτη χαράσσονται ευθείες με τις προσδιορισμένες γωνίες (ως προς τους μεσημβρινούς). Στο σημείο τομής τους θα βρίσκεται το σκάφος.
Το ραδιογωνιόμετρο χρησιμοποιείται για τον εντοπισμό του στίγματος άγνωστων ασυρματικών σταθμών και γενικότερα κάθε πηγής που εκπέμπει ηλεκτρομαγνητικό σήμα.
Ο υπολογισμός της γωνίας και συνεπώς ο προσδιορισμός της διεύθυνσης ενός ραδιοκύματος ονομάζεται ραδιόπτευση και η εργασία υπολογισμός ραδιοστίγματος.
Ραδιόπτευση με ραδιόφωνο τρανζίστορ. Η ραδιόπτευση επιτυγχάνεται με στροφή του δέκτη κατά τρόπο ώστε η ένταση του σταθμού να μειωθεί στο ελάχιστο, αν είναι δυνατό να μηδενιστεί. Τότε η μεγάλη διάσταση του ραδιοφώνου (μήκος) συμπίπτει με την ευθεία που ενώνει τη θέση του πλοίου με το σταθμό. Καλό είναι να προτιμούνται οι σταθμοί που ακούγονται καθαρά, χωρίς παρεμβολές και διαλείψεις. Το φαινόμενο είναι σαφές, όταν ο σταθμός έχει κατακόρυφη κεραία (σταθμοί μεσαίων και μακρών). Σ’ αυτή την περίπτωση η μαγνητική συνιστώσα του ηλεκτρομαγνητικού κύματος έχει οριζόντια πόλωση. Δηλαδή οι μαγνητικές γραμμές μπορούν να παρασταθούν, μεταβαλλόμενες κατά ένταση και πολικότητα, ως ομόκεντροι κύκλοι γύρω από την κεραία στο επίπεδο του ναυτικού χάρτη. Η ευθεία που ενώνει το πλοίο με την κεραία περνά από το σημείο των ομόκεντρων κύκλων, όπου η ένταση του πομπού είναι η ελάχιστη.
Η πρόσθετη βοηθητική διάταξη, η οποία θα μετατρέψει ένα ραδιόφωνο σε πραγματικό ραδιογωνιόμετρο, είναι η εξής: Με την τάση ΑVC, η οποία είναι συνάρτηση του σταθερού φέροντος του σταθμού και όχι της κυμαινόμενης διαμόρφωσής του, που μπορεί να μας επιφέρει σύγχυση ως προς το ελάχιστο της έντασης του σταθμού, αφού πρώτα την ενισχύσουμε με έναν ενισχυτή συνεχούς ρεύματος, είναι δυνατό να διεγείρουμε ένα μικροαμπερόμετρο. Παρατηρώντας τη βελόνα του μικροαμπερόμετρου μπορούμε να δούμε πότε αυτή σημειώνει την ελάχιστη ένδειξη κατά την περιστροφή του ραδιοφώνου. Στη συνέχεια γίνεται εντοπισμός της γωνίας ως προς το μεσημβρινό (γωνία μεταξύ των ευθειών πλοίου-ραδιοφωνικού σταθμού και ισημερινού ή μεσημβρινού διερχόμενου διά του πλοίου).
Στην όλη μέθοδο ίσως επιφέρει σφάλματα ο ραδιοθόρυβος ή η παραμόρφωση λόγω της μεγάλης απόστασης του ραδιοφωνικού σταθμού από το πλοίο. Μια λύση αυτού του σφάλματος είναι η προσθήκη στο ραδιόφωνο φίλτρων ή θωράκισης επιπλέον της υπάρχουσας. Πάντως, για να έχουμε ακριβή αποτελέσματα, ο δέκτης πρέπει να είναι υψηλής πιστότητας και απόδοσης.
Ραδιοσυχνότητα. Η υψηλή συχνότητα που εκπέμπεται και διαδίδεται με τη βοήθεια ηλεκτρομαγνητικής ακτινοβολίας και κυμαίνεται από τιμές 20.000 Hz ως πολλές χιλιάδες ΜHz.
Τα ρεύματα υψηλής συχνότητας είναι και αυτά εναλλασσόμενα ρεύματα, ακριβώς όπως τα ρεύματα χαμηλής συχνότητας, μόνο που η συχνότητα αυξάνεται σε μεγάλες τιμές. Με αυτόν τον τρόπο μπορούμε να πετύχουμε μέσω των κεραιών την εκπομπή μιας αρκετά έντονης ηλεκτρομαγνητικής ακτινοβολίας, που να μπορεί να φτάσει σε πολύ μεγάλες αποστάσεις.
Για να παραχθεί αυτή η υψηλή συχνότητα δεν είναι αρκετές οι γεννήτριες με ρότορα της ηλεκτροτεχνίας, γιατί χρειάζεται κάτι πιο ελαφρό και ευέλικτο. Αυτό είναι το ηλεκτρόνιο, το οποίο μπορεί να παρακολουθήσει γρήγορες εναλλαγές. Έτσι, τα ρεύματα υψηλής συχνότητας παράγονται από ηλεκτρονικές λυχνίες, που συνδεσμολογούνται έτσι ώστε να αποτελέσουν έναν ταλαντωτή υψηλής συχνότητας.
Η ραδιοσυχνότητα μεταφέρει τις χαμηλές συχνότητες σε μεγάλες αποστάσεις, αφού διαμορφωθεί από αυτές. Το ύψος της κεραίας εκπομπής σταθμού είναι τόσο μεγαλύτερο, όσο μικρότερη είναι η εκπεμπόμενη συχνότητα. Επομένως για χαμηλές ακουστές συχνότητες η κεραία θα έπρεπε να είχε εκατοντάδες μέτρα ύψος.
Η ραδιοσυχνότητα είναι το δελτίο ταυτότητας κάθε σταθμού, γι' αυτό χρειάζεται κάθε σταθμός και μια δική του τέτοια συχνότητα. Αν όμως όλοι οι σταθμοί εξέπεμπαν σε χαμηλές συχνότητες, δε θα υπήρχε ποικιλία συχνοτήτων (για να έχει κάθε σταθμός τη δική του) και επομένως θα ήταν πολύ περιορισμένος ο αριθμός των σταθμών. Οι ραδιοσυχνότητες, ανάλογα με την περιοχή που ανήκουν, δε διαδίδονται γύρω από τη Γη όλες με τον ίδιο τρόπο. Μπορούν να διαπεράσουν ή όχι ψηλούς ορεινούς όγκους, μπορούν να απορροφηθούν περισσότερο ή λιγότερο από τη Γη ή άλλα υλικά μέσα, μπορούν να ανακλαστούν πάνω σε ορισμένα ανώτερα στρώματα της ατμόσφαιρας και να ξαναγυρίσουν στη Γη, μπορούν να διαπεράσουν αυτά τα στρώματα κ.ά. Την ποικιλία αυτή μπορεί να χρησιμοποιηθεί ανάλογα στις διάφορες εφαρμογές της ραδιοσυχνότητας.
Οι χαμηλές ή ακουστές συχνότητες δεν ακτινοβολούνται εύκολα λόγω του ότι υπάρχει πολύ μεγαλύτερη απώλεια ισχύος κατά την ακτινοβολία τους, από όση στη ραδιοσυχνότητα.
Ραδιοπαρεμβολή. Η παρεμβολή ενός ραδιοφωνικού σταθμού στο μήκος κύματος εκπομπής ενός άλλου. Αποτέλεσμα αυτού είναι η σύγχρονη λήψη και των δύο σταθμών από το ραδιόφωνο.
Υπάρχουν πολλά είδη ραδιοπαρεμβολής. Έτσι, υπάρχει η αλληλοδιαμόρφωση, η οποία εξηγείται ως εξής: Έστω ότι ο ραδιοφωνικός δέκτης έχει συντονιστεί για τη λήψη ενός σταθμού, που το σήμα του, στη θέση του δέκτη, είναι ασθενές σε σύγκριση με το σήμα ενός άλλου, ανεπιθύμητου σταθμού. Αν ο δέκτης έχει μια πρώτη βαθμίδα ενίσχυσης υψηλών συχνοτήτων, το πλέγμα της ενισχύτριας λυχνίας μπορεί να δεχτεί σήματα και από τους δύο σταθμούς, αφού το πλέγμα της ενισχύτριας χωρίζεται από την κεραία λήψης με ένα μόνο συντονισμένο κύκλωμα. Έχουμε έτσι δύο σήματα, ένα ασθενές και ένα ισχυρό, εφαρμοσμένα στο πλέγμα μιας και της ίδιας λυχνίας. Αν επιπλέον η χαρακτηριστική της λυχνίας είναι αρκετά καμπύλη, η διαμόρφωση του ανεπιθύμητου σταθμού θα αποτυπωθεί στο σήμα του επιθυμητού πομπού, θα έχουμε λοιπόν αλληλοδιαμόρφωση και το μεγάφωνο θα αποδίδει τα προγράμματα και των δύο πομπών ταυτόχρονα. Όταν ο επιθυμητός πομπός πάψει να λειτουργεί, παύει συγχρόνως να ακούγεται και ο ανεπιθύμητος πομπός.
Άλλη ανωμαλία, που οφείλεται επίσης στην καμπυλότητα της χαρακτηριστικής της πρώτης ενισχύτριας υψηλών συχνοτήτων, είναι η διαφωνία. Το φαινόμενο αυτό παρατηρείται, όταν ο δέκτης διεγείρεται από δύο ισχυρές εκπομπές με αρκετά γειτονικές συχνότητες. Τότε, στα διαστήματα που ο επιθυμητός σταθμός εκπέμπει μόνο το φέρον κύμα, μπορεί να ακούμε το πρόγραμμα του ανεπιθύμητου σταθμού.
Όλες οι ραδιοπαρεμβολές αντιμετωπίζονται με κατάλληλη εκλογή της λυχνίας ενίσχυσης υψηλών συχνοτήτων, π.χ. με χρησιμοποίηση μιας κατάλληλης πεντάοδης λυχνίας με μεταβλητή διαγωγιμότητα. Η κατάργηση της ενίσχυσης υψηλών συχνοτήτων δεν αποτελεί την καλύτερη λύση και αυτό γιατί η ενίσχυση υψηλών συχνοτήτων ευνοεί την προεπιλογή καθώς και τη λήψη μακρινών και ασθενών σταθμών.
Εξάλλου, όταν δύο συχνότητες αντίστοιχων σταθμών είναι γειτονικές, συμβάλλουν και υφίστανται φώραση μέσα στον ίδιο ραδιοφωνικό δέκτη δίνοντας διαφορά ίση με χαμηλή ακουστή συχνότητα, η οποία εκδηλώνεται στο μεγάφωνο του δέκτη σαν σφύριγμα.
Επίσης περίπτωση σφυρίγματος στο ραδιοφωνικό δέκτη, για όλους τους ραδιοφωνικούς σταθμούς και όχι μόνο για ορισμένους όπως στην προηγούμενη περίπτωση, υπάρχει όταν ο δέκτης βρίσκεται σε μέρος με ισχυρό ανεπιθύμητο σήμα από σταθμό που εκπέμπει σε συχνότητα αρκετά γειτονική προς τη μεσαία συχνότητα του δέκτη (δηλαδή σε συχνότητα που να βρίσκεται μέσα στη ζώνη διάβασης του ενισχυτή μεσαίας συχνότητας). Αν ένα τέτοιο σήμα είναι αρκετά ισχυρό, ώστε παρ’ όλη την προεπιλογή και τη θωράκιση του δέκτη ένα μέρος του να φτάσει ως την είσοδο της ενίσχυσης της μεσαίας συχνότητας, τότε αυτό το σήμα θα ενισχυθεί. Το αποτέλεσμα θα είναι πάλι ένα συνεχές σφύριγμα.
Άλλα σφυρίγματα μπορεί να οφείλονται στις αρμονικές της μεσαίας συχνότητας ή της συχνότητας του τοπικού ταλαντωτή. Τέτοιες αρμονικές υπάρχουν, αφού οι αντίστοιχες ταλαντώσεις δεν είναι ποτέ απόλυτα ημιτονικές. Οι αρμονικές αυτές μπορούν να συμβάλουν με μια άλλη κατάλληλη υψηλή συχνότητα και να δίνουν διάφορα σφυρίγματα. Τα σφυρίγματα αντιμετωπίζονται κυρίως με βελτίωση της προεπιλογής, αλλά και με κατάλληλα βοηθητικά συντονισμένα κυκλώματα, όπως επίσης και με φίλτρα. Τα βοηθητικά κυκλώματα συνδέονται στα τμήματα υψηλής και μεσαίας συχνότητας, με σκοπό να εξασθενίζουν ή να παρεμποδίζουν τα διάφορα ανεπιθύμητα σήματα. Έτσι, οι συμβολές και οι ραδιοπαρεμβολές προλαμβάνονται, εκτός αν ο δέκτης βρίσκεται κοντά σε κάποιο ισχυρό σταθμό εκπομπής, οπότε η αντιμετώπισή τους είναι πολύ δύσκολη.
Ραδιόφωνο. Ο όρος radio είναι μια σύντομη μορφή του ελληνικού όρου «ασύρματη επικοινωνία» και περιλαμβάνει όλες εκείνες τις συσκευές με τις οποίες επικοινωνεί ο άνθρωπος χωρίς σύρματα, σε κοντινές ή μακρινές αποστάσεις.
Ως πρώτο συνθετικό ο όρος radio ή ράδιο στα ελληνικά υποδηλώνει τα συστήματα που έχουν σχέση με τη διάδοση, λήψη ή εντοπισμό ηλεκτρομαγνητικών σημάτων, π.χ. ραδιόφωνο, ραδιογωνιόμετρο, ραδιοτηλεόραση, ραδιοηλεκτρική ζεύξη, ραδιοεντοπιστής, ραδιοτηλεσκόπιο κτλ.
Το ραδιόφωνο λοιπόν είναι μια συσκευή η οποία λαμβάνει εκπομπές ηλεκτρομαγνητικών σημάτων που περιέχουν ακουστικές πληροφορίες, τις οποίες αναδεικνύει και αποδίδει στο χώρο.
Το πιο απλό ραδιόφωνο, ραδιοδέκτης ή απλά δέκτης, αποτελούνταν από μια διάταξη λήψης του ηλεκτρομαγνητικού κύματος (ραδιοκύματος), το φωρατή (γαληνίτης), ο οποίος διαχώριζε τις ακουστικές πληροφορίες, και ένα ζευγάρι ακουστικά, με τη βοήθεια των οποίων ακούγονταν οι ακουστικές συχνότητες.
Ο πρώτος κανονικός δέκτης με λυχνίες είχε μια τρίοδο λυχνία, η οποία ενίσχυε το σήμα που λάμβανε μια κεραία λήψης, ένα ή περισσότερα κυκλώματα, συντονισμένα στη συχνότητα που λάμβανε από μια δίοδο λυχνία η οποία αποδιαμόρφωνε το σήμα με μια διαδικασία αντίστροφη της διαμόρφωσης και αναδείκνυε τις ακουστικές συχνότητες, δηλαδή διαχώριζε τις ακουστικές συχνότητες από το φέρον διαμορφωμένο σήμα, από έναν ενισχυτή του ακουστικού σήματος και ένα μεγάφωνο που μετέτρεπε τις ακουστικές συχνότητες σε ήχο. Ο δέκτης αυτός χαρακτηριζόταν για τη μικρή του ευαισθησία και τη μικρή επιλογική του ικανότητα. Έτσι δεν μπορούσε να λάβει ασθενείς σταθμούς και να διαχωρίσει σταθμούς με παραπλήσιες συχνότητες.
Ο πρώτος αυτός δέκτης αντικαταστάθηκε αρχικά από τον αυτόδυνο δέκτη ανάδρασης και στη συνέχεια από το δέκτη υπερανάδρασης. Τελικά επικράτησε ο λεγόμενος υπερετερόδυνος δέκτης που χρησιμοποιείται παγκόσμια για τη λήψη μακρών, μεσαίων και βραχέων σημάτων.
Ο υπερετερόδυνος δέκτης αποτελείται από τη βαθμίδα ενίσχυσης υψηλών συχνοτήτων, τον τοπικό ταλαντωτή, τη βαθμίδα μείξης, τη βαθμίδα ενίσχυσης ενδιάμεσης συχνότητας, τη βαθμίδα φώρασης, τη βαθμίδα ενίσχυσης χαμηλής συχνότητας με το μεγάφωνο ή τα ακουστικά και το τροφοδοτικό που δίνει όλες τις απαραίτητες τάσεις για να λειτουργήσει ο δέκτης.
Η βαθμίδα ενίσχυσης υψηλής συχνότητας, με τη βοήθεια μιας κεραίας, επιλέγει το σήμα που επιθυμεί ο ακροατής (επιλέγει ουσιαστικά ένα σταθμό εκπομπής, ανάλογα με τη συχνότητα λειτουργίας του), ενισχύει το σήμα αυτό και το δίνει στη βαθμίδα μείξης, στην οποία καταλήγει και το σήμα που παράγεται από τον τοπικό ταλαντωτή. Από τη μείξη των δύο αυτών σημάτων προκύπτει η ενδιάμεση συχνότητα IF (455 KHz για διαμορφωμένο κατά πλάτος ή AF σήμα και 10,7 MHz για διαμορφωμένο κατά συχνότητα ή FM σήμα), η οποία ενισχύεται από μία ή περισσότερες βαθμίδες και οδηγείται στη φώραση. Η φώραση στα AM και η διευκρίνιση στα FM είναι η διαδικασία αποδιαμόρφωσης του σήματος IF, ώστε από το φέρον κύμα να διαχωριστούν και να αναδειχτούν οι ακουστικές συχνότητες. Οι ακουστικές συχνότητες ενισχύονται από τον ενισχυτή χαμηλών συχνοτήτων και με τη βοήθεια των μεγαφώνων ή των ακουστικών μετατρέπονται σε ήχο.
Το πλεονέκτημα του υπερετερόδυνου δέκτη είναι η μεγάλη του ευαισθησία και η υψηλή επιλογική του ικανότητα και μπορεί να επιλέγει σταθμούς που η συχνότητά τους διαφέρει μόνο κατά 5 ή 6 KHz (kc/s).
Η πρώτη ραδιοφωνική εκπομπή που ελήφθη σε απόσταση εκατοντάδων χιλιομέτρων έγινε στις 24 Δεκεμβρίου του 1906 από το Μπραντ Ροκ της Μασαχουσέτης: ήταν δύο μουσικά κομμάτια, συνοδευμένα από σύντομη ομιλία. Έτσι, για πρώτη φορά, η μέθοδος που είχε υλοποιήσει περίπου μια δεκαετία πριν ο Γ. Μαρκόνι, και με την οποία μετέδωσε ηλεκτρικά σήματα από ένα κύκλωμα σε ένα άλλο, διαμέσου των ραδιοκυμάτων (μιας ειδικής μορφής ακτινοβολίας) χρησιμοποιήθηκε σε κάτι διαφορετικό από τις τηλεγραφικές επικοινωνίες. Ο άνθρωπος που εφάρμοσε την νέα τεχνική ήταν ο Αμερικανοκαναδός φυσικός Ρέτζιναλντ Φρέντζεν. Το ραδιόφωνο γνώρισε αμέσως μεγάλη επιτυχία, αν σκεφτούμε ότι μόνο στην Ευρώπη το 1938, οι συνδρομητές της νέας υπηρεσίας ήταν περισσότεροι από 30 εκατομμύρια. Το ραδιόφωνο γνώρισε τη μεγαλύτερή του ανάπτυξη την περίοδο 1930-1960, περίοδο κατά την οποία απέκτησε διεθνή σημασία παίζοντας το σημαντικότερο ρόλο στην ενημέρωση. Η εμφάνιση της τηλεόρασης (το 1950, αλλά η άνθησή της ξεκινάει από το 1960 και μετά) εμπόδισε την περαιτέρω αναπτυξιακή πορεία του ραδιοφώνου. Πάντως, από το 1975 και μετά, με την αξιοποίηση των FM, της στερεοφωνίας και άλλων στοιχείων βελτίωσης της ακρόασης, εξελίχθηκε περισσότερο. Στη σύγχρονη εποχή με τη βοήθεια της τεχνολογίας έχει σμικρυνθεί τόσο πολύ, ώστε μπορεί να ενσωματώνεται σε ρολόγια, κινητά τηλέφωνα και άλλες μικροσυσκευές, με πολύ υψηλή ποιότητα.
Ο «θόρυβος στο βάθος» είναι ένα από τα βασικότερα προβλήματα όλων των συσκευών ραδιοφωνικής λήψης, που δεν γίνεται πάντα να εξαλειφθεί. Το μεγαλύτερο μέρος των διαταραχών αυτών προέρχεται από τα ραδιοκύματα που παράγονται από ατμοσφαιρικές αναταράξεις, που μεταδίδονται σε απόσταση εκατοντάδων χιλιομέτρων με σχετικά μικρή εξασθένηση. Μια άλλη σημαντική πηγή θορύβων είναι η θερμική αναταραχή των ηλεκτρονίων, που σε κάθε αγωγό με θερμοκρασία ανώτερη από το απόλυτο μηδέν (-273 βαθμοί Κελσίου) κινούνται σε τυχαίες κατευθύνσεις δημιουργώντας ηλεκτρικά ρεύματα.
Πάντως, μερικές σημαντικές εφαρμογές των ραδιοκυμάτων ξεκίνησαν από τη μελέτη των παρεμβολών στους δέκτες των ραδιοκυμάτων. Μερικές απ’ αυτές τις παρεμβολές προέρχονται από το διάστημα, κάτι που είχε διαισθανθεί ο Μαρκόνι το 1916 και αποδείχθηκε από τον Αμερικανό μηχανικό Καρλ Τζάνσκι το 1932. Ο Τζάνσκι απέδειξε επιστημονικά ότι όλα τα αστέρια εκπέμπουν ραδιοκύματα, πράγμα σημαντικό λόγω της κοντινής του απόστασης από την Γη. Σε μερικά ουράνια σώματα η ραδιεκπομπή είναι τόσο ισχυρή που ξεπερνάει την εκπομπή φωτός: αυτά τα σώματα είναι οι γαλαξιακές και εξωγαλαξιακές πηγές ραδιοκυμάτων. Τα εκπεμπόμενα ραδιοκύματα έχουν μήκος κύματος που κυμαίνεται από 10-30 εκ.
Η μελέτη της εκπομπής ραδιοκυμάτων που προέρχονται από άλλα ουράνια σώματα μπορεί να αποβεί χρησιμότατη στην απόκτηση πληροφοριών για τα χαρακτηριστικά των σωμάτων αυτών ή για την απόστασή τους από τον πλανήτη μας. Τα ραδιοτηλεσκόπια, που αναπτύχθηκαν κυρίως στη διάρκεια του β’ παγκόσμιου πολέμου, κατασκευάστηκαν για τη λήψη των ραδιοκυμάτων που φτάνουν στη Γη από το διάστημα. Οι τεχνικές των ραδιοκυμάτων επιτρέπουν επίσης τη σύνδεση μέσω ηλεκτρικών οδηγιών με τους διαστημικούς δορυφόρους που βρίσκονται σε τροχιά γύρω από τη Γη και τη συλλογή στοιχείων που μεταδίδουν.
Το μέλλον του ραδιόφωνο, όπως και για τα υπόλοιπα σύγχρονα μέσα επικοινωνίας, συνδέεται αναπόσπαστα με την ανάπτυξη της ψηφιακής τεχνολογίας. Στην Ευρώπη και τις ΗΠΑ γίνεται ψηφιακή μετάδοση ραδιοφωνικών εκπομπών μέσω τεχνητών δορυφόρων. Το βασικό πλεονέκτημα του ψηφιακού ραδιόφωνου μέσω τεχνητού δορυφόρου είναι η ποιότητα του εκπεμπόμενου σήματος, που επιτρέπει τη στερεοφωνική και με υψηλή πιστότητα ακρόαση των μουσικών προγραμμάτων. Ποιότητα που μπορεί να συγκριθεί μόνο με την ποιότητα των μουσικών CD. Το μοναδικό πρόβλημα με το δορυφορικό ραδιόφωνο είναι το υψηλό κόστος των εγκαταστάσεων λήψης, που περιορίζουν την διάδοσή του στο ευρύ κοινό.
Μια πολύ ενδιαφέρουσα τεχνολογική κατάκτηση είναι το RDS, Radio Data System. Το RDS αποστέλλει, μαζί με το κανονικό πρόγραμμα του ραδιόφωνου, δεδομένα σε ψηφιακή μορφή, μικρά μηνύματα που μπορούν να ληφθούν από κατάλληλες συσκευές, ώστε με μικρά εικονοσκόπια υγρών κρυστάλλων να οπτικοποιούν διάφορες πληροφορίες, όπως πληροφορίες για την οδική κυκλοφορία, προβλέψεις καιρού και διάφορες ανακοινώσεις που μεταδίδει ο ραδιοφωνικός σταθμός.
Ρεύμα., Η ροή ηλεκτρονίων μέσω ενός αγωγού με τη βοήθεια μιας γεννήτριας.
Στην ηλεκτρονική επιστήμη το ρεύμα παρουσιάζεται με ποικίλες μορφές.
1) Ρεύμα διαρροής. Ένα διηλεκτρικό θα έπρεπε να ήταν ένα πλήρες μονωτικό για το συνεχές ρεύμα, δηλαδή θα έπρεπε να παρουσιάζει άπειρη αντίσταση. Παρ’ όλα αυτά η ωμική αντίσταση δεν είναι άπειρη, αλλά απλώς πολύ μεγάλη. Έτσι, όταν ένας πυκνωτής συνδεθεί σε μια συνεχή τάση, δεν αποτελεί στην πραγματικότητα πλήρη διακοπή για το συνεχές ρεύμα. Το πείραμα αποδεικνύει ότι πάντα ένα πολύ ασθενές συνεχές ρεύμα περνά από τον πυκνωτή και από το μονωτικό του, το οποίο ονομάζεται ρεύμα διαρροής.
2) Ρεύμα φόρτισης-εκφόρτισης πυκνωτή. Όταν ένας πυκνωτής συνδέεται σε σειρά με αντίσταση ωμική και φέρνουμε σε επαφή τον πυκνωτή με συνεχή τάση, τότε αυτός αρχίζει να φορτίζεται μέσω της αντίστασης. Το ρεύμα θα ξεκινήσει από την τιμή που καθορίζει ο νόμος του Ομ, , όσο όμως φορτίζεται περισσότερο ο πυκνωτής, τόσο αναπτύσσει μια αντίθεση τάση, τη συνεχή, άρα τόσο το ρεύμα της φόρτισης ελαττώνεται και πέφτει στο μηδέν, όταν ο πυκνωτής έχει φορτιστεί εντελώς.
Αν αποκόψουμε την τροφοδοσία της συνεχούς τάσης, τότε ο πυκνωτής εκφορτίζεται μέσω της αντίστασης και τα φορτία τα συσσωρευμένα στους οπλισμούς του κυκλοφορούν στο κύκλωμα και δημιουργούν ένα ρεύμα εκφόρτισης αντίθετο προς το προηγούμενο της φόρτισης.
Το ρεύμα εκφόρτισης πέφτει προοδευτικά στο μηδέν. Η ενέργεια που χρειάζεται για να κυκλοφορήσει το ρεύμα της εκφόρτισης μέσα από την ωμική αντίσταση του κυκλώματος δίνεται από την ενέργεια που είχε συσσωρευτεί κατά τη φόρτιση στο ηλεκτρικό πεδίο του πυκνωτή.
3) Ρεύμα ηρεμίας. Όταν σε μια τρίοδο λυχνία εφαρμόζονται μόνο συνεχείς τάσεις, τότε η λυχνία βρίσκεται σε κατάσταση ηρεμίας. Η κατάσταση αυτή αντιστοιχεί στο σημείο λειτουργίας. Το αντίστοιχο συνεχές ανοδικό ρεύμα λέγεται ρεύμα ηρεμίας.
4) Ρεύμα κόρου. Αν εφαρμόσουμε μια συνεχή τάση στα άκρα ενός ημιαγωγού (κρυσταλλοδίοδο) κατά την ορθή φορά, τότε εμφανίζεται στο κύκλωμα ρεύμα αρκετά ισχυρό. Αν όμως συνδέσουμε την τάση κατά ανάστροφη φορά, ενώ δε θα έπρεπε να παρουσιαστεί καθόλου ρεύμα, εμφανίζεται ένα σχετικά ασθενές αντίθετης φοράς, το οποίο ονομάζεται ρεύμα κόρου και το οποίο είναι αρκετά μεγαλύτερο από το αντίστοιχο ανάστροφο της διόδου ηλεκτρονικής λυχνίας. Επειδή εξαρτάται το ρεύμα κόρου από την ενδογενή αγωγιμότητα του κρυστάλλου και η ενδογενής αγωγιμότητα από τη θερμοκρασία, το ρεύμα κόρου αυξάνεται σημαντικά, όσο αυξάνεται η θερμοκρασία.
5) Ρεύμα οπών. Στους ημιαγωγούς, όταν εφαρμοστεί μια τάση, τότε έχουμε μετακίνηση ηλεκτρονίων προς το θετικό πόλο της πηγής και οπών προς τον αρνητικό πόλο. Τέτοιες αντίθετες μετακινήσεις αντίθετων φορέων σχηματίζουν ρεύματα που προσθέτονται. Έτσι, το συνολικό ρεύμα του ημιαγωγού είναι το άθροισμα ενός ρεύματος ηλεκτρονίων και ενός ρεύματος οπών. Παρατηρούμε ότι τα δύο είδη φορέων (ηλεκτρόνια και οπές) συμμετέχουν εξίσου στο σχηματισμό του συνολικού ρεύματος.
Ροή. Η έννοια της ροής εκφράζει την κίνηση των ρευστών ή των διάφορων μορφών ενέργειας και χαρακτηρίζει την τοπική δυναμική συμπεριφορά τους.
α) Ροή ρευστών. Αναφέρεται στην κίνηση των ρευστών και είναι αντικείμενο μελέτης της αεροδυναμικής και της υδροδυναμικής. Στη γενική έννοια «ρευστά» περιλαμβάνονται τα υγρά και τα αέρια και στην περίπτωση πραγματοποίησης ροής σε ένα χώρο λέμε ότι αυτός ο χώρος αποτελεί πεδίο ροής. Αν σε κάθε σημείο του πεδίου είναι γνωστή η τιμή της ταχύτητας ροής και η διεύθυνσή της, το πεδίο είναι τελείως ορισμένο. Η ροή διακρίνεται σε νηματική και σε στροβιλώδη.
Στη νηματική ροή η ταχύτητα ροής διατηρεί σταθερή χρονικά την αριθμητική της τιμή και τη διεύθυνσή της, ενώ στη στροβιλώδη η ταχύτητα ροής είναι συνάρτηση του χρόνου.
Με τη βοήθεια ειδικής συσκευής αισθητοποιούνται οι γραμμές ροής των ρευστών, οπότε παράγονται τα φάσματα ροής, τα οποία και φωτογραφίζονται. Στην περίπτωση που τα ρευστά κινούνται μέσα σε σωλήνες, εξακριβώθηκε πειραματικά ότι οι ταχύτητες ροής είναι αντίστροφα ανάλογες προς τα εμβαδά των διατομών των σωλήνων ροής.
Ο αριθμός των γραμμών ροής στη μονάδα του όγκου καθορίζει την πυκνότητα της ροής, η οποία είναι στοιχείο για τη δυνατότητα προσδιορισμού της ύπαρξης πίεσης ή υποπίεσης σε ένα σημείο του πεδίου ροής.
β) Ροή φωτεινή. Είναι φωτομετρικό μέγεθος, το οποίο δίνει την ανά μονάδα χρόνου διερχόμενη φωτεινή ενέργεια από μια επιφάνεια. Μονάδα φωτεινής ροής είναι το 1 λούμεν (lm), το οποίο παρασταίνει τη φωτεινή ροή που εκπέμπεται μέσα σε μια στερεά γωνία ίση με ένα στερεακτίνιο από μια πηγή που έχει φωτεινή ισχύ ίση με 1 νέο κηρίο (nk).
γ) Ροή ηλεκτρική. Η ηλεκτρική δυναμική ροή προσδιορίζεται από το σύνολο των ηλεκτρικών δυναμικών γραμμών που περνούν κάθετα από μια επιφάνεια με εμβαδό (S), που τοποθετείται μέσα σ' ένα ηλεκτρικό πεδίο και δίνεται από τον τύπο Φ=Ε.S, όπου Ε η ένταση του ηλεκτρικού πεδίου. Σύμφωνα με βασικό νόμο που εκφράζεται από τις εξισώσεις Φ=4.π.q και Φ=q, η ηλεκτρική ροή είναι ανάλογη προς τα φορτία που την παράγουν και μετριέται με τις μονάδες του φορτίου από το οποίο προέρχεται.
δ) Ροή μαγνητική. Η μαγνητική ροή προσδιορίζεται από το σύνολο των δυναμικών μαγνητικών γραμμών που περνούν κάθετα από μια επιφάνεια με εμβαδό (S) που τοποθετείται μέσα σε ένα μαγνητικό πεδίο και δίνεται από τον τύπο Φ=Η.S, όπου Η η ένταση του μαγνητικού πεδίου.
Στις πρακτικές εφαρμογές η μαγνητική ροή ορίζεται με βάση το μέγεθος της μαγνητικής επαγωγής, οπότε και η μονάδα Μάξγουελ της μαγνητικής ροής ορίζεται με βάση τη μονάδα Γκάους της μαγνητικής επαγωγής.


Ροπή. Φυσικό μέγεθος που χρησιμοποιείται σε πολλά φαινόμενα της μηχανικής και ειδικά στις περιπτώσεις περιστροφής των σωμάτων.
α) Ροπή δύναμης. Διακρίνεται σε ροπή της δύναμης ως προς άξονα και σε ροπή της δύναμης ως προς σημείο. Στην πρώτη περίπτωση ως ροπή χαρακτηρίζεται το διανυσματικό μέγεθος που εμφανίζεται στο περιστρεφόμενο σώμα, του οποίου το μέτρο ισούται με το γινόμενο της δύναμης F επί το βραχίονά της d, δηλαδή Μ=F.d.
Απαραίτητη προϋπόθεση για την εμφάνιση της ρoπής είναι η ύπαρξη του βραχίονα d, γιατί όταν ο βραχίονας είναι μηδέν, τότε από τον τύπο βγαίνει το συμπέρασμα ότι και η ροπή είναι μηδέν, με αποτέλεσμα να μην υπάρχει περιστροφή. Η ροπή είναι τόσο μεγαλύτερη, όσο μεγαλύτερη είναι η δύναμη και όσο μεγαλύτερος είναι ο βραχίονάς της. Η διεύθυνση της ροπής είναι παράλληλη προς τον άξονα περιστροφής και η φορά της καθορίζεται από τη διεύθυνση που ακολουθεί μια δεξιόστροφη βίδα, όταν περιστρέφεται κατά τη φορά περιστροφής. Συμβατικά, οι δεξιόστροφες ροπές θεωρούνται αρνητικές, ενώ οι αριστερόστροφες θετικές. Για την περίπτωση της ροπής δύναμης ως προς σημείο ισχύουν τα ίδια ακριβώς. Μονάδες ροπής είναι το 1 dyn•cm και το 1 Nt•m (σύστημα SI)
β) Ροπή ζεύγους. Είναι το διανυσματικό μέγεθος του οποίου το μέτρο ισούται με το γινόμενο της μιας από τις δυνάμεις επί την κάθετη μεταξύ τους απόσταση, που λέγεται βραχίονας του ζεύγους. Ως φορέας της ροπής του ζεύγους των δυνάμεων μπορεί να εκλεγεί οποιαδήποτε ευθεία κάθετη στο επίπεδο των δυνάμεων του ζεύγους από τη θέση του άξονα (βλ. λ. ζεύγος δυνάμεων).
γ) Ροπή αδράνειας. Στην περίπτωση του υλικού σημείου είναι το χαρακτηριστικό μέγεθος, του οποίου το μέτρο ισούται με το γινόμενο της μάζας επί το τετράγωνο της απόστασής του από τον άξονα περιστροφής, δηλαδή Θ=m•R2. Η ροπή αδράνειας του στερεού σώματος είναι το άθροισμα των ροπών αδράνειας όλων των υλικών σημείων από τα οποία αποτελείται το σώμα. Η τιμή της ροπής αδράνειας του στερεού είναι συνάρτηση του τρόπου κατανομής της ύλης στο σώμα σε σχέση με τον άξονα περιστροφής και είναι τόσο πιο μεγάλη, όσο περισσότερο απέχουν τα υλικά σημεία από τον άξονα.
Από άποψη εφαρμογών η ροπή αδράνειας καθορίζει την αντίσταση που παρουσιάζει το σώμα σε κάθε αιτία που τείνει να προκαλέσει μεταβολή στη γωνιακή του ταχύτητα. Έτσι, οι παγοδρόμοι στην προσπάθειά τους να ελαττώσουν την ταχύτητα περιστροφής τους, απλώνουν τα χέρια αυξάνοντας έτσι τη ροπή αδράνειάς τους. Οι ισορροπιστές επίσης μεγαλώνουν τη ροπή αδράνειας του σώματός τους με το κράτημα της οριζόντιας ράβδου.
δ) Ροπή κατεύθυνσης. Αναφέρεται στην περίπτωση του στροφικού εκκρεμούς και είναι η σταθερή αναλογία D, η οποία εξαρτάται από τη φύση και τις διαστάσεις του σύρματος και εκφράζει τη ροπή επαναφοράς, όταν η γωνία στρέψης είναι ίση με 1 ακτίνιο.
Η εξάρτηση της ροπής επαναφοράς Μ από την κατευθύνουσα ροπή δίνεται από τη σχέση Μ=D•φ.
ε) Ροπή κάμψης. Αναφέρεται σε οποιοδήποτε τμήμα ή σημείο μιας οριζόντιας δοκού υπό συνθήκες φορτίου. Είναι το αλγεβρικό άθροισμα των ροπών όλων των κάθετων δυνάμεων που δρουν γύρω από αυτό το τμήμα ή σημείο.



Σιδηρομαγνητισμός.Η χαρακτηριστική ιδιότητα ορισμένων στερεών σωμάτων που εκδηλώνουν μαγνητικές ιδιότητες, όταν βρίσκονται μέσα στις δυναμικές γραμμές ενός μαγνητικού πεδίου.
Στα σιδηρομαγνητικά σώματα, όπως ο σίδηρος, το νικέλιο, το κοβάλτιο, κράματα νικελίου-σιδήρου και φερίτες, η σχετική μαγνητική διαπερατότητα παίρνει τιμές πολύ μεγαλύτερες από τη μονάδα και φτάνει ως τις 300.000. Όλα τα υλικά που ανήκουν σε αυτή την κατηγορία χρησιμοποιούνται για την κατασκευή μαγνητών. Πρέπει να σημειωθεί ότι η μαγνητική διαπερατότητα, και φυσικά η αντίστοιχη ένταση μαγνήτισης, δεν είναι σταθερή, αλλά εξαρτάται από την ένταση του εξωτερικού μαγνητικού πεδίου και από την προηγούμενη κατάσταση του σώματος, δηλαδή από την προϊστορία του υλικού.
Η θερμοκρασία είναι ρυθμιστικός παράγοντας για την εκδήλωση των σιδηρομαγνητικών ιδιοτήτων. Τα σιδηρομαγνητικά υλικά μετατρέπονται σε παραμαγνητικά, όταν η θερμοκρασία ξεπεράσει ένα χαρακτηριστικό όριο που λέγεται σημείο μαγνητικής μετατροπής ή σημείο Κιουρί.
Στην περίπτωση του σιδήρου το σημείο Κιουρί βρίσκεται στους 769°C. Η μετατροπή αυτή συμβαίνει, γιατί η προσφορά θερμικής ενέργειας στο σιδηρομαγνητικό υλικό έχει ως αποτέλεσμα να γίνεται η θερμική κίνηση των μορίων περισσότερο άτακτη και έντονη, οπότε το εξωτερικό μαγνητικό πεδίο δεν μπορεί να προσανατολίσει τους μοριακούς στοιχειώδεις μαγνήτες. Σε θερμοκρασίες χαμηλότερες από το σημείο Κιουρί η μαγνήτιση του υλικού είναι ανάλογη προς την ένταση του εξωτερικού πεδίου και για μια ορισμένη ένταση γίνεται μέγιστη (κορεσμός). Το σιδηρομαγνητικό υλικό δεν απομαγνητίζεται τελείως και μετά την απομάκρυνση του εξωτερικού πεδίου, αλλά η μαγνήτιση διατηρεί μια τιμή που λέγεται παραμένουσα μαγνήτιση. Η θεωρία των μοριακών μαγνητών του Έγουιν, όπως τροποποιήθηκε και επεκτάθηκε από το Βάις, εξηγεί τη συμπεριφορά των σιδηρομαγνητικών υλικών μέσα σε μαγνητικό πεδίο.
Οι περιοχές Βάις, που είναι μοριακά συγκροτήματα με διαμέτρους της τάξης των χιλιοστών του εκατοστού, χαρακτηρίζονται από μια αυτόματη μαγνήτιση, αιτία της οποίας είναι η ύπαρξη ενός μοριακού μαγνητικού πεδίου που δρα στις μαγνητικές ροπές των ατόμων, με σκοπό να τις κάνει παράλληλες. Η ένταση της μαγνήτισης είναι ομοιόμορφη, αλλά ο διάφορος προσανατολισμός έχει ως συνέπεια να παρουσιάζεται το υλικό χωρίς μαγνητικές ιδιότητες. Η δράση του εξωτερικού πεδίου προκαλεί μετακίνηση των περιοχών Βάις, όπως αποδείχνεται από το φαινόμενο Μπαρκχάουζεν, και ομοιόμορφο προσανατολισμό των μαγνητικών ροπών, με αποτέλεσμα την εμφάνιση μαγνητικών ιδιοτήτων.
Τα σιδηρομαγνητικά υλικά χρησιμοποιούνται τόσο στους ηλεκτρομαγνήτες, κινητήρες, γεννήτριες κ.ά., όσο και στους ηλεκτρονικούς υπολογιστές.
Σταθεροποιητές τάσης. Ηλεκτρονικά κυκλώματα τα οποία στην έξοδό τους έχουν σταθερή τάση ανεξάρτητα από τις μεταβολές του ρεύματος που περνά από αυτά. Μερικά κυκλώματα του είδους αυτού είναι:
α) Οι λυχνίες αερίου έχουν σταθερή πτώση τάσης στα άκρα τους, ανεξάρτητα από το ρεύμα, εφόσον βέβαια η τάση αυτού διατηρείται μέσα σε ορισμένα πλαίσια.
Αν συνδέσουμε παράλληλα προς την έξοδο ενός φίλτρου μια λυχνία αερίου ως σταθεροποιήτρια, όπως φαίνεται στο σχήμα 1, θα έχουμε σταθερή τάση τροφοδοσίας ανεξάρτητη από το φορτίο. Η τάση λειτουργίας της λυχνίας πρέπει να είναι ίση με την τιμή της απαιτούμενης συνεχούς τάσης. Αν η τάση εισόδου αυξάνεται, περισσότερο ρεύμα θα περνά από τη λυχνία VR και μεγαλύτερη πτώση τάσης θα αναπτύσσεται στην R αντίσταση. Η μεγαλύτερη αυτή πτώση τάσης διατηρεί την τάση στο φορτίο RI σταθερή. Αν η τάση εισόδου μικρύνει, θα έχουμε μικρότερο ρεύμα από τη VR, άρα μικρότερη πτώση τάσης στην R και έτσι η τάση στα άκρα του φορτίου θα παραμένει σταθερή. Κάθε αλλαγή στο φορτίο RI θα αντισταθμίζεται από τη μεταβολή του ρεύματος με τη VR χωρίς η τάση να μεταβληθεί.
Ένα μειονέκτημα των λυχνιών αερίου είναι η σχετικά μικρή τάση, η οποία μπορεί να εφαρμοστεί στα άκρα τους. Το μειονέκτημα αυτό εξαλείφεται αν συνδέσουμε τις λυχνίες σε σειρά.
Στο σχήμα 2 φαίνεται η διάταξη ενός πλήρους ηλεκτρονικού σταθεροποιητή, που μπορεί να ρυθμίσει την έξοδο σε μια ορισμένη στάθμη μέσω του ποτενσιόμετρου. Οι λυχνίες κενού εδώ συμπεριφέρονται ως μεταβλητές αντιστάσεις. Όταν η λυχνία άγει, η αντίσταση μεταξύ ανόδου-καθόδου είναι μικρή και αντίστροφα. Μια αύξηση στην πόλωση προκαλεί ελάττωση της ροής ρεύματος και αυξάνει την αντίσταση ανόδου. Μια ελάττωση στην πόλωση αυξάνει το ρεύμα, άρα έχουμε μείωση της αντίστασης της λυχνίας. Η λυχνία V1 ενεργεί ως μεταβλητή αντίσταση, η οποία αυτόματα ρυθμίζεται στη σωστή τιμή για να διατηρήσει την τάση στο φορτίο σταθερή. Η V3 είναι λυχνία αερίου, η οποία διατηρεί την κάθοδο V2 σε ένα σταθερό θετικό δυναμικό. Ο διαιρέτης τάσης R3, R4, R5 ρυθμίζεται, ώστε η R4 να δώσει την κατάλληλη πόλωση στην V2 για τη λειτουργία της στην ευθύγραμμη περιοχή της χαρακτηριστικής καμπύλης. Η R1 είναι η αντίσταση ανόδου της V2 και έχει σκοπό τον περιορισμό των μεταβολών της τάσης και τη διατήρηση της V2 σε ένα σταθερό δυναμικό.
Όταν η τάση εξόδου τείνει να αυξηθεί λόγω αύξησης της τάσης εισόδου, τότε και η τάση στην R4 θα αυξηθεί, με αποτέλεσμα η πόλωση της V2 να αυξηθεί και περισσότερο ρεύμα να περάσει από την R1. Η τάση όμως στο α θα μειωθεί λόγω της μεγαλύτερης αγωγιμότητας της V2. Αλλά η τάση στο α εφαρμόζεται στο πλέγμα της V1 με αποτέλεσμα η λυχνία να άγει λιγότερο και η αντίστασή της να αυξηθεί. Η αύξηση αυτή της αντίστασης της V1 αντισταθμίζει την αύξηση της τάσης εισόδου και διατηρεί την έξοδο σταθερή. Το αντίστροφο γίνεται όταν η τάση εισόδου μειώνεται.
Επίσης ο σταθεροποιητής θα τείνει να διατηρήσει την τάση λόγω κυμάτωσης η οποία παρέμεινε από το φίλτρο. Έτσι ο σταθεροποιητής από τη μια δίνει σταθερή τάση και από την άλλη εξομαλύνει ακόμα περισσότερο την τάση, χρησιμοποιούμενος και ως ηλεκτρονικό φίλτρο.
β) Η δίοδος Ζένερ είναι μια δίοδος ανάστροφα πολωμένη. Λόγω της χαρακτηριστικής καμπύλης της, μπορούμε κατά την ανάστροφη πόλωση της Ζένερ να τη χρησιμοποιήσουμε για σταθεροποίηση της τάσης εξόδου από το τροφοδοτικό.
Κατά την ανάστροφη πόλωση το ρεύμα είναι της τάξης των μΑ (μικροαμπέρ) ως μια ορισμένη τιμή τάσης, η οποία λέγεται τάση διάσπασης ή τάση Ζένερ. Στο σημείο αυτό τα ηλεκτρόνια ή οι οπές, οι οποίες αποτελούν το ρεύμα διαρροής, αποκτούν κινητική ενέργεια, ικανή για να δημιουργηθούν άλλα ηλεκτρόνια ή οπές, οι οποίες προσθέτονται στο αρχικό ρεύμα.
Με τη διαδικασία αυτή δημιουργείται αύξηση στο ρεύμα χωρίς η τάση να μεταβληθεί ουσιαστικά. Στην κατάσταση αυτή κάθε προσπάθεια αύξησης της ανάστροφης τάσης αντιμετωπίζεται από μια αύξηση της ροής του ρεύματος, η οποία τείνει να κρατήσει σταθερή την πτώση της τάσης στα άκρα της διόδου.
Κάθε δίοδος Zener είναι κατασκευασμένη για να αντέχει σε ορισμένη τάση και ένταση. Για μεγαλύτερες τάσεις σταθεροποίησης χρησιμοποιούμε δύο Zener σε σειρά και για μεγαλύτερες τιμές έντασης χρησιμοποιούμε τις Zener παράλληλα.
γ) Τα τρανζίστορ, όπως και οι λυχνίες, μπορούν να λειτουργήσουν ως μεταβλητές αντιστάσεις.
Στο σχήμα 3 φαίνεται η διάταξη σταθεροποίησης με τρανζίστορ σε παραλληλία. Η διαφορά δυναμικού μεταξύ βάσης-συλλέκτη του τρανζίστορ ελέγχεται από την Zener cr. Η τάση εξόδου μεταξύ συλλέκτη-εκπομπού είναι μεγαλύτερη της τάσης Zener κατά την ποσότητα VEB (τάση εκπομπού-βάσης).
Η τάση φορτίου εμφανίζεται στα άκρα συλλέκτη-εκπομπού. Μέσω του κυκλώματος αυτού έχουμε χαμηλή αντίσταση εξόδου. Το τρανζίστορ είναι κοινού εκπομπού. Με την αντίσταση R3 μπορούμε να ρυθμίσουμε αρχικά την πόλωση του τρανζίστορ μέσα στα όρια λειτουργίας της Zener.
Σταθμοί αναμετάδοσης. Η εμβέλεια των φερέσυχνων με ομοαξονικό καλώδιο τα οποία έχουν 1.260 κανάλια είναι περίπου 9,3 χλμ. Αυτό έχει ως συνέπεια, ανά διαστήματα όχι μεγαλύτερα των 9,3 χλμ., το φάσμα των 1.260 καναλιών να περνά μέσω των λεγόμενων «σταθμών αναμετάδοσης». Σκοπός των σταθμών αυτών είναι κατά πρώτο λόγο η ενίσχυση της στάθμης του φάσματος (δηλαδή η αναπλήρωση των απωλειών αυτού κατά τη μετάδοσή του μέσω ομοαξονικού καλωδίου μήκους 9,3 χλμ.) και κατά δεύτερο λόγο η διόρθωση της χαρακτηριστικής απόκρισης που αλλοιώθηκε εξαιτίας μεταβολών θερμοκρασίας, γήρατος λυχνιών και συστηματικής μεταβολής της στάθμης.
Κάθε σταθμός αναμετάδοσης περιλαμβάνει δύο ικριώματα ενισχυτών αναμετάδοσης, το καθένα για κάθε κατεύθυνση Α-Β και Β-Α αντίστοιχα.
Η κατανάλωση κάθε σταθμού για κάθε σύστημα είναι περίπου 120 βατ, δηλαδή 65 βατ, ως DC ισχύς και 55 βατ ως AC ισχύς. Η ισχύς αυτή μεταφέρεται προς κάθε σταθμό μέσω του ομοαξονικού καλωδίου και είναι δυνατό έτσι να τροφοδοτηθούν περισσότεροι από 12 σταθμοί αναμετάδοσης. Η τροφοδότηση των σταθμών αναμετάδοσης γίνεται με ΑC τάση 2x800 βολτ, η οποία εφαρμόζεται στους κεντρικούς αγωγούς των ομοαξονικών καλωδίων, ενώ οι εξωτερικοί αγωγοί είναι γειωμένοι. Για να επιτευχθεί αυτό, με τη βοήθεια μετασχηματιστή παίρνουμε 2x800 βολτ AC από τα 220 βολτ AC του τερματικού σταθμού και τα εισάγουμε στους κεντρικούς αγωγούς των ομοαξονικών καλωδίων.
Όλα τα παραπάνω ισχύουν για ενσύρματα ομοαξονικά φερέσυχνα. Η ίδια αρχή ισχύει βέβαια και για τους σταθμούς αναμετάδοσης των ασύρματων μεταδόσεων φάσματος πολλών καναλιών, με τη διαφορά ότι μεταβάλλονται οι αριθμοί των αποστάσεων.
Όπως είναι γνωστό, η εμβέλεια των πομποδεκτών ενός ασύρματου σταθμού είναι της τάξης των 50 χλμ. Έτσι, για μετάδοση του σήματος σε μεγαλύτερες αποστάσεις, υπάρχει ανάγκη τοποθέτησης ενδιάμεσα (ανά 50 χλμ. περίπου) σταθμών αναμετάδοσης, σκοπός των οποίων είναι η αλλαγή συχνότητας (κατά 213 ΜΗΖ) και του επιπέδου πόλωσης, η ενίσχυση του λαμβανόμενου σήματος και η επανεκπομπή του.
Κάθε σταθμός αναμετάδοσης περιλαμβάνει δύο τμήματα, το τμήμα λήψης, το οποίο παίρνει το φάσμα του συνόλου των καναλιών, διορθώνει την κλίση του ως προς την καμπύλη απόκρισης και το ενισχύει, επειδή είχε μερικές απώλειες κατά τη μετάδοση, και το τμήμα εκπομπής που εκπέμπει το διορθωμένο πια φάσμα συχνοτήτων.


Σταθμοί εδάφους, δορυφορικοί. Οι δορυφορικοί σταθμοί εδάφους και οι τηλεπικοινωνιακοί δορυφόροι αποτελούν τα δύο βασικά στοιχεία από τα οποία αποτελείται το παγκόσμιο σύστημα δορυφορικών επικοινωνιών. Οι δορυφόροι μπαίνουν σε τροχιά σε ύψος 36.000 περίπου χλμ. πάνω από τον ισημερινό. Το ύψος αυτό αντιστοιχεί σε εξαπλάσιο μήκος από αυτό της ακτίνας της Γης και στο ένα δέκατο της απόστασης της Σελήνης από τη Γη. Κατάλληλη ρύθμιση των στοιχείων της τροχιάς, κατά την τροχιοθέτηση των δορυφόρων αυτών, έχει ως αποτέλεσμα να περιστρέφονται με τέτοια ταχύτητα, ώστε να παραμένουν σχεδόν στάσιμοι πάνω από το ίδιο σημείο του ισημερινού και για το λόγο αυτό λέγονται γεωστατικοί ή σύγχρονοι.
Η χρησιμοποιούμενη ζώνη συχνοτήτων στις δορυφορικές ζεύξεις περιλαμβάνεται στην περιοχή του GHZ (γιγαχέρτς). Ο δορυφόρος λαμβάνει τα σήματα που προέρχονται από τους σταθμούς εδάφους, στην περιοχή των 6 GHZ, τα ενισχύει και τα ξαναστέλνει στη Γη στην περιοχή των 4 GHZ. Παρόλο που οι δορυφόροι είναι ιδιαίτερα πολύπλοκες κατασκευές, ο μεγαλύτερος όγκος των εγκαταστάσεων βρίσκεται στους σταθμούς εδάφους, και αυτό γιατί η ανύψωση μεγαλύτερων μαζών στο διάστημα αυξάνει δυσανάλογα το κόστος των ζεύξεων. Βασικός προορισμός του σταθμού εδάφους είναι να εξασφαλίσει μέσω του δορυφόρου σύνδεση του εθνικού δικτύου επικοινωνιών μιας χώρας προς τα δίκτυα των ξένων χωρών με τα οποία πρέπει να λειτουργήσουν επικοινωνίες.
Τα κύρια μέρη από τα οποία απαρτίζεται είναι η κεραία, το σύστημα εκπομπής, το σύστημα λήψης και οι διατάξεις μέσω των οποίων εξασφαλίζεται η διασύνδεση με το εθνικό τηλεπικοινωνιακό δίκτυο. Πολλές άλλες βοηθητικές διατάξεις είναι απαραίτητες για να συμπληρώσουν και να εξασφαλίσουν την κανονική λειτουργία των παραπάνω βασικών συστημάτων.
Το πιο δαπανηρό τμήμα της εγκατάστασης ενός δορυφορικού σταθμού είναι η κεραία. Η ανακλώσα επιφάνεια πρέπει να είναι μεγάλη, διαμέτρου 30 μ. Πρόκειται για παραβολικό κάτοπτρο με σύστημα έδρασης κατά αζιμούθιο και κατά ύψος, ώστε να είναι δυνατό να σκοπεύει το δορυφόρο σε οποιαδήποτε θέση του ουρανού.
Δύο πόδια στηρίζουν το βοηθητικό ανακλαστήρα, ο οποίος βρίσκεται τοποθετημένος μπροστά από τη χοάνη ακτινοβολίας. Η κεραία χρησιμοποιείται τόσο για την εκπομπή των σημάτων προς το δορυφόρο όσο και για τη λήψη από αυτόν. Η σκόπευση του δορυφόρου γίνεται με ακρίβεια εκατοστού της μοίρας, ενώ ταυτόχρονα εξασφαλίζεται δυνατότητα παρακολούθησης των κινήσεών του γύρω από τη θέση στην οποία έχει εγκατασταθεί. Η παρακολούθηση αυτή επιτυγχάνεται αυτόματα με τη βοήθεια ειδικής διάταξης, η οποία λαμβάνει τα σήματα του φάρου του δορυφόρου, υπολογίζει τα σφάλματα σκόπευσης και δίνει εντολές διόρθωσης στους μηχανισμούς περιστροφής και ανύψωσης. Στο πίσω μέρος του ανακλαστήρα βρίσκεται θάλαμος που περιστρέφεται συγχρόνως με την κεραία, ενώ συνήθως στον κάτω όροφο του θαλάμου είναι εγκαταστημένο το σύστημα ελέγχου κίνησης. Ο πάνω όροφος περιλαμβάνει τμήμα των διατάξεων εκπομπής και συγκοινωνεί με ένα μικρότερο θάλαμο, ο οποίος βρίσκεται ακριβώς πίσω από τη χοάνη ακτινοβολίας. Μέσα σε αυτόν το θάλαμο, ο οποίος ακολουθεί την κίνηση της κεραίας και γύρω από τον οριζόντιο άξονά της, βρίσκονται τοποθετημένοι οι παραμετρικοί ενισχυτές του συστήματος λήψης.



Η εικόνα αυτή είναι η σύγχρονη εικόνα κεραίας δορυφορικού σταθμού εδάφους. Σε προγενέστερους σταθμούς, τεχνικές αδυναμίες υποχρέωναν την τοποθέτηση της παραβολικής κεραίας σε στεγασμένο χώρο. Το στέγαστρο, σφαιρικό κάλυμμα από ντάκρον, αύξανε σημαντικά το κόστος του σταθμού.
Η κεραία του ελληνικού δορυφορικού σταθμού «Θερμοπύλες» δεν έχει ανάγκη τέτοιου στεγάστρου. Έχει σχεδιαστεί κατά τέτοιο τρόπο, ώστε να διατηρεί τις κανονικές της επιδόσεις και όταν φυσά σταθερός άνεμος ταχύτητας 48 χλμ. την ώρα, με ριπές ταχύτητας 72 χλμ. την ώρα. Στη θέση ανάπαυσης επιβιώνει σε περιπτώσεις καταιγίδων με ανέμους 192 χλμ. την ώρα. Ο αντισεισμικός σχεδιασμός έγινε με πρόβλεψη, ακόμα και σε περίπτωση σεισμών έντασης 8 βαθμών της κλίμακας Μερκάλι. Είναι κεραία νέας τεχνικής, η οποία έχει απολαβή 60 db, διάμετρο 30,5 μέτρα και ζυγίζει 210 τόνους κατά το περιστρεφόμενο τμήμα.
Τα ασθενή σήματα τα οποία λαμβάνει η κεραία από το δορυφόρο (στην περιοχή συχνοτήτων των 4 GHZ) ενισχύονται από τους παραμετρικούς ενισχυτές, οι οποίοι βρίσκονται εγκαταστημένοι σε ειδικό θάλαμο κοντά στη χοάνη τροφοδότησης.
Οι παραμετρικοί ενισχυτές έχουν ως προορισμό την προενίσχυση των χαμηλής στάθμης μικροκυμάτων μέσω μεταβολών μιας παραμέτρου ανταμειβόμενης ενέργειας. Σε απλή μορφή είναι συντονισμένο ταλαντευόμενο κύκλωμα LC, του οποίου ο πυκνωτής έχει διάκενο μεταβαλλόμενο κυκλικά με αντλία ενέργειας σε μια συχνότητα διπλάσια της συχνότητας του σήματος. Το κύκλωμα του παραμετρικού ενισχυτή λειτουργεί σε περιβάλλον αέριου ηλίου, θερμοκρασίας 16°C, εξασφαλίζοντας έτσι τον υποβιβασμό του θερμικού θορύβου του ενισχυτή στο ελάχιστο.
Το στάδιο της προενίσχυσης ακολουθεί στάδιο ενίσχυσης μέσω διόδων σήραγγας. Στον ελληνικό δορυφορικό σταθμό το ενισχυμένο φάσμα συχνότητας 3700 ως 4200 ΜΗΖ οδηγείται με κυματοδηγούς σε άλλο κτίριο, στο οποίο βρίσκεται η αίθουσα ελέγχου. Στην αίθουσα αυτή βρίσκονται εγκαταστημένοι οι υποβιβαστές συχνότητας, οι οποίοι μετατρέπουν τα σήματα που λαμβάνονται σε ενδιάμεση συχνότητα 70 ΜΗΖ, με την οποία τροφοδοτούνται οι αποδιαμορφωτές. Χρησιμοποιούνται κλασικού τύπου αποδιαμορφωτές για τη λήψη «του φέροντος», εικόνες τηλεόρασης και αποδιαμορφωτές επέκτασης κατωφλίου για τη λήψη «των φερόντων» τηλεφωνίας και ήχου τηλεόρασης. Τους αποδιαμορφωτές ακολουθούν τα φερέσυχνα λήψης. Από ολόκληρο το φάσμα που παίρνονται, επιλέγονται οι ομάδες οι οποίες περιέχουν κυκλώματα με προορισμό την Ελλάδα και μέσω φίλτρων ομάδας συνδέονται με ομάδες φερέσυχνων μικροκυμάτων Θερμοπυλών-Αθήνας 1800 κυκλωμάτων.
Η πορεία στην εκπομπή είναι αντίστροφη. Οι προς εκπομπή μονάδες οδηγούνται με το ίδιο δίκτυο από το διεθνές διαβιβαστικό κέντρο Αθηνών μέσω φίλτρων ομάδας στα φερέσυχνα εκπομπής. Ακολουθούν οι διαμορφωτές, οι οποίοι μετατρέπουν τη ζώνη βάσης σε ενδιάμεση συχνότητα 70 ΜΗΖ. Τα σήματα οδηγούνται μετά σε ομοαξονικά καλώδια στον πάνω θάλαμο της κεραίας και τροφοδοτούν τους πολλαπλασιαστές συχνότητας, οι οποίοι μετατοπίζουν το σήμα στη συχνότητα εκπομπής (στην περιοχή των 5925 ως 6425 ΜΗΖ) και διεγείρουν τους ενισχυτές εκπομπής. Οι ενισχυτές εκπομπής χρησιμοποιούν ως λυχνία μια Klystron ισχύος 3 Κw. Έχουν τη δυνατότητα συντονισμού σε οποιαδήποτε θέση της περιοχής 5925 ως 6425 ΜΗΖ. Επειδή περιλαμβάνουν πέντε προσυντονισμένες κοιλότητες, η αλλαγή συχνότητας σε οποιαδήποτε από τις προκαθορισμένες είναι ταχύτατη.
Επειδή ο αριθμός των επίγειων σταθμών που εξυπηρετούν τις δορυφορικές ζεύξεις συνεχώς αυξάνεται, έπρεπε να δοθεί μια λύση, η οποία να επιτρέπει την άνετη διασύνδεση των πολυάριθμων σταθμών μεταξύ τους. Η κατεύθυνση προς την οποία στράφηκε η «Διεθνής Κοινοπραξία Τηλεπικοινωνιών μέσω Δορυφόρων», γνωστή ως INTELSAT, ήταν η αναζήτηση συστήματος που να κάνει δυνατή την σε οποιαδήποτε στιγμή αυτόματη διασύνδεση, μέσω κυκλώματος, δύο διεθνών διαβιβαστικών κέντρων, για πραγμάτωση κλήσης και τη λύση της σύνδεσης μόλις η συνδιάλεξη πραγματοποιηθεί, αρκεί να υπάρχουν διαθέσιμες διοδεύσεις προσπέλασης στο φάσμα. Δηλαδή η INTELSAT επιδίωξε την εφαρμογή μιας τεχνικής που μεταφέρει τα πλεονεκτήματα ενός αυτόματου αστικού κέντρου στο διάστημα.
Η αρχή στην οποία θα βασιζόταν η νέα τεχνική μελετήθηκε από την Κοινοπραξία Τηλεπικοινωνιών μέσω Δορυφόρων της COMSAT, εξουσιοδοτημένης για τη διαχείριση των θεμάτων της INTELSAT. Η COMSAT απέδειξε πειραματικά ότι είναι δυνατό να βρίσκεται διαθέσιμη για επιλογή οποιαδήποτε των δορυφορικών διοδεύσεων, αρκεί να υπάρχει ο κατάλληλος εξοπλισμός, ο οποίος δίνει στη ζώνη ραδιοσυχνότητας των 3 ΜΗΖ τις απαιτούμενες φέρουσες συχνότητες κωδικής διαμόρφωσης. Ο εξοπλισμός αυτός μπορεί να βρίσκεται στους δορυφορικούς σταθμούς εδάφους, οπότε αποφεύγεται η εγκατάσταση κεντρικού σταθμού ελέγχου του συστήματος ή επιβάρυνση του δορυφόρου, με πρόσθετες εγκαταστάσεις.
Σε ένα σύστημα, το οποίο χρησιμοποιεί παλμοκωδική διαμόρφωση, ο συγχρονισμός των σταθμών μεταξύ τους είναι απαραίτητος. Γι’ αυτό, το τμήμα του κοινού εξοπλισμού του συστήματος SPADE διαθέτει ειδική μονάδα χρονισμού (DIGITAL CLOCK SOURCE). Η μονάδα αυτή παρέχει σε υψηλό βαθμό ακρίβειας και αξιοπιστίας, τις απαιτούμενες συχνότητες χρονισμού, για να λειτουργήσει η μονάδα συγχρονισμού που βρίσκεται στο σύστημα DASS. Η τελευταία «ανταλλάσσει πληροφορίες συγχρονισμού» με το σύστημα SPADE μέσω μιας διόδευσης, η οποία χαρακτηρίζεται στο φάσμα συχνοτήτων ως «διόδευση κοινής σηματοδότησης».
Στατική. Κλάδος της φυσικής, ο οποίος ασχολείται με τους όρους και τις συνθήκες υπό τις οποίες ένα σημείο ή σώμα ισορροπεί όταν επιδρούν σε αυτό πολλές δυνάμεις.
Οι σπουδαιότερες προτάσεις της είναι οι εξής: α) Η συνισταμένη δύο δυνάμεων F1 και F2 δίνεται από τον τύπο
όπου φ η γωνία μεταξύ των δύο δυνάμεων.
β) Η τυχαία δύναμη F αναλύεται σε δύο συνιστώσες Fx, Fψ κάθετες μεταξύ τους, ώστε Fx=συνφ, Fψ=ημφ και
γ) Για να είναι μια δύναμη ίση με μηδέν πρέπει και αρκεί οι προβολές της στους δύο άξονες, κάθετους μεταξύ τους, ψ και x να είναι ίσες με μηδέν.
δ) Για να βρούμε τη συνθήκη ισορροπίας πολλών ομοεπίπεδων δυνάμεων εργαζόμαστε ως εξής: α) Βρίσκουμε όλες τις δυνάμεις του συστήματος. β) Αναλύουμε αυτές σε δύο συνιστώσες κάθετες μεταξύ τους. γ) Εξισώνουμε το αλγεβρικό άθροισμα των οριζόντιων και των κατακόρυφων προβολών των δυνάμεων με το μηδέν. δ) Εξισώνουμε με το μηδέν το αλγεβρικό άθροισμα των ροπών των δυνάμεων αυτών ως προς ένα κέντρο, το οποίο έχει οριστεί αυθαίρετα.
Παρατηρούμε ότι η στατική περιστρέφεται γύρω από το θέμα της ανάλυσης και σύνθεσης των δυνάμεων, δηλαδή μπορεί να θεωρηθεί μέρος της δυναμικής. Αναπτύχθηκε ωστόσο ως κλάδος ιδιαίτερος κυρίως μετά το β’ παγκόσμιο πόλεμο, οπότε η ανοικοδόμηση έφτασε στη μέγιστη ανάπτυξή της, γιατί η στατική εφαρμόζεται στα διάφορα κτίσματα, γέφυρες, δρόμους, λιμάνια κ.ά. και γι’ αυτό διδάσκεται ως ιδιαίτερο μάθημα, κυρίως στα πολυτεχνεία. Εφαρμόζεται επιστημονικά από τους πολιτικούς μηχανικούς και αρχιτέκτονες, είναι όμως μια τελείως εφαρμοσμένη επιστήμη, δίχως πολλές ερευνητικές δυνατότητες.
Το κυριότερο θεώρημά της είναι το περίφημο θεώρημα των ροπών, το οποίο ορίζει ότι: α) Η ροπή της συνισταμένης πολλών δυνάμεων ως προς ένα σημείο ισούται με το διανυσματικό άθροισμα των ροπών των δυνάμεων ως προς το σημείο αυτό και β) η ροπή της συνισταμένης πολλών δυνάμεων ως προς άξονα ισούται με το διανυσματικό άθροισμα των ροπών των δυνάμεων ως προς τον άξονα αυτόν.
Επιπλέον, η στατική ασχολείται με τις αντιδράσεις των επιφανειών, τις τάσεις των σχοινιών, στηριγμάτων κ.ά., με το κέντρο βάρους διάφορων σωμάτων και τον προσδιορισμό του, με την ισορροπία ενός στερεού υπό την επίδραση πολλών ομοεπίπεδων ή όχι δυνάμεων και, τέλος, με την ανάπτυξη εσωτερικών δυνάμεων και τάσεων μέσα στα στερεά σώματα.
Σύγχροτρον.Διάταξη επιτάχυνσης φορτισμένων σωματιδίων (ηλεκτρονίων ή πρωτονίων). Η επιτάχυνση των φορτισμένων σωματιδίων γίνεται δυνατή με τη χρησιμοποίηση εναλλασσόμενης τάσης σε μεταβαλλόμενη συχνότητα, και μεταβαλλόμενου μαγνητικού πεδίου. Η κυκλική κίνηση του σωματιδίου οφείλεται στο μαγνητικό πεδίο (οδηγό), ενώ η επιτάχυνση της κίνησης στο ηλεκτρικό πεδίο. Στην πραγματικότητα το σύγχροτρο είναι συνδυασμός κύκλοτρου και βήτατρου. Η δέσμη των σωματιδίων, που κινούνται στο σύγχροτρο, αποκτά τεράστια ενέργεια και χρησιμοποιείται κυρίως για τη δημιουργία σχάσης και την παραγωγή νέων σωμάτων, όπως επίσης και για την έρευνα της ατομικής δομής και των πυρηνικών χαρακτηριστικών. Υπάρχουν σύγχροτρα ηλεκτρονίων και σύγχροτρα πρωτονίων.
Το σύγχροτρο ηλεκτρονίων επιταχύνει ηλεκτρόνια σε κυκλική τροχιά με σταθερή ακτίνα, ενώ η ένταση του μαγνητικού πεδίου αυξάνεται ανάλογα με την ενέργεια των σωματιδίων. Τα ηλεκτρόνια που παράγονται από ένα διάπυρο σύρμα οδηγούνται σε ένα δακτυλιοειδή σωλήνα, ο οποίος είναι χωρισμένος σε δύο ημικύκλια, που παίζουν το ρόλο των ηλεκτροδίων. Στα δύο αυτά ηλεκτρόδια εφαρμόζεται υψηλή εναλλασσόμενη τάση. Έτσι, τα ηλεκτρόνια, καθώς περνούν μέσα από το σωλήνα, επιταχύνονται, ενώ η ακτίνα της τροχιάς τους παραμένει σταθερή.
Συνήθως τα ηλεκτρόνια σε πρώτη φάση, πριν περάσουν στο σύγχροτρο, αποκτούν μια βασική επιτάχυνση σε ένα βήτατρο.
Τα σύγχροτρα πρωτονίων είτε αποτελούνται από αερόκενο δακτυλιοειδή σωλήνα χωρισμένο σε τέσσερα τεταρτοκύκλια ενωμένα μεταξύ τους με σωλήνες είτε είναι του τύπου της «εναλλασσόμενης βαθμίδας», όπου τα πρωτόνια συγκρατιούνται με σύστημα μαγνητών, που τα διατηρούν μέσα σε εναλλασσόμενα μαγνητικά πεδία. Ο τελευταίος αυτός τύπος, που δίνει σωματίδια με τις μεγαλύτερες δυνατές ενεργειακές τιμές, λέγεται και κόσμοτρο.
Τα σύγχροτρα πρωτονίων που βρίσκονται σε διάφορα εργαστήρια έχουν πολλές φορές και διαφορετικά ονόματα, όπως φάσοτρο, μπέβατρο, συγχροφάσοτρο κτλ.
Από τα πιο γνωστά σύγχροτρα πρωτονίων «εναλλασσόμενης βαθμίδας» βρίσκεται στο εργαστήριο Μπρουκχέιβεν, κοντά στη Ν. Υόρκη, και καλύπτει έκταση 80 περίπου στρεμμάτων. Ο μαγνήτης του σύγχροτρου έχει μήκος 2.400 μέτρα περίπου, και βρίσκεται σε κυκλική υπόγεια στοά με διάμετρο 256 μ. περίπου. Η τελική ενέργεια που αποκτούν τα πρωτόνια είναι της τάξης των 33 GeV. Άλλο γνωστό σύγχροτρο του ίδιου τύπου είναι αυτό που βρίσκεται στο Σερπούχοφ της Ρωσίας.
Οι διαδοχικές φάσεις που αποτελούν το λειτουργικό διάγραμμα του σύγχροτρου είναι:
α) Δημιουργία φορτίου με τη βοήθεια ηλεκτρικής εκκένωσης που δημιουργείται από τη γεννήτρια Cockroft-Walton.
β) Παραγωγή πρωτονίων από ένα θάλαμο ιονισμού. Ο θάλαμος ιονισμού παράγει τα πρωτόνια-βλήματα με την απομάκρυνση του ηλεκτρονίου από άτομα υδρογόνου, οπότε μένουν «γυμνοί» πυρήνες.
γ) Επιτάχυνση των πρωτονίων, τα οποία δέχονται διαδοχικές ωθήσεις από εναλλασσόμενα ηλεκτρικά πεδία και αναγκάζονται να περάσουν με ταχύτητες 100.000 χλμ. το δευτερόλεπτο στο πρώτο τμήμα του κυρίως επιταχυντή. Στο τέλος αυτής της φάσης τα πρωτόνια αποκτούν ενέργεια 50 MeV περίπου.
δ) Καμπύλωση της τροχιάς και σχηματισμός δέσμης, που οφείλεται στην επίδραση των μαγνητών, οι οποίοι προκαλούν ισχυρή εστίαση. Η μαγνητική δύναμη που συγκρατεί τη δέσμη σε σταθερή τροχιά αυξάνεται συνεχώς, γιατί η διαρκώς αυξανόμενη ταχύτητα τείνει να προκαλέσει αύξηση της ακτίνας της τροχιάς.
ε) Επιτάχυνση της δέσμης που προκαλείται από τους συγχρονισμένους «σταθμούς επιτάχυνσης», οι οποίοι δίνουν την απαραίτητη ώθηση στην κατάλληλη στιγμή. Αποτέλεσμα αυτής της δράσης είναι η αύξηση της ταχύτητας του πρωτονίου σε 250 χλμ. το δευτερόλεπτο περίπου και η μείωση του χρόνου περιφοράς σε 0,3 μικροδευτερόλεπτα.
στ) Σύγκρουση με το στόχο μετά από κίνηση ενός περίπου δευτερολέπτου, που όμως είναι αρκετό για να διανυθεί από τα πρωτόνια συνολική απόσταση 250 χλμ. μέσα στη συσκευή. Αποτέλεσμα της σύγκρουσης είναι η παραγωγή δευτερογενών σωματιδίων ή η δημιουργία πυρηνικών αντιδράσεων.
ζ) Έλεγχος αποτελεσμάτων, ο οποίος γίνεται με ανιχνευτικές διατάξεις, όπως ο θάλαμος φυσαλίδων με υγρό υδρογόνο, τα φωτοπαθή γαλακτώματα κ.ά. Οι τελειοποιήσεις που πρότεινε ο Έλληνας μηχανικός Ν. Χριστόφιλος με τη μέθοδο της «ισχυρής εστίασης» ήταν αποφασιστικές για τη βελτίωση των διάφορων τύπων σύγχροτρου.
Συνισταμένη.Δύναμη η οποία μπορεί να αντικαταστήσει δύο ή περισσότερες δυνάμεις χωρίς να προξενήσει μεταβολή στο αποτέλεσμα των δυνάμεων. Αυτή η αντικατάσταση των δυνάμεων λέγεται σύνθεση δυνάμεων και γίνεται με βάση τους κανόνες του διανυσματικού λογισμού, αφού και η δύναμη θεωρείται διανυσματικό μέγεθος.
α) Όταν οι δυνάμεις δρουν πάνω στην ίδια ευθεία και έχουν ως σημείο εφαρμογής το ίδιο υλικό σημείο, αλλά οι φορές τους είναι διάφορες, τότε θεωρούμε ως θετικές τις δυνάμεις που τείνουν να κινήσουν το σημείο δεξιά και αρνητικές αυτές που δημιουργούν κίνηση προς τα αριστερά. Έτσι, το μέτρο της συνισταμένης ισούται με το αλγεβρικό άθροισμα των εντάσεων των δυνάμεων, ενώ η φορά της (αριστερά ή δεξιά) καθορίζεται από το πρόσημο του αλγεβρικού αθροίσματος. (Βλ. σχήμα 1).
β) Στην περίπτωση που δύο δυνάμεις δρουν πάνω σε ένα υλικό σημείο, σχηματίζοντας μεταξύ τους γωνία φ, τότε για τη σύνθεσή τους χρησιμοποιείται ο εμπειρικός κανόνας του παραλληλόγραμμου, σύμφωνα με τον οποίο η «συνισταμένη δύο δυνάμεων F1 και F2 που ενεργούν υπό γωνία φ στο ίδιο σημείο Ο, δίνεται κατά μέγεθος, διεύθυνση και φορά από τη διαγώνιο του παραλληλόγραμμου που σχηματίζεται με πλευρές τις δύο δυνάμεις».
γ) Όταν στο ίδιο σημείο ενεργούν πολλές δυνάμεις με τυχαίες φορές και ανήκουν ή δεν ανήκουν στο ίδιο επίπεδο, τότε θεωρητικά θα πρέπει ανά δύο να συντεθούν, ώστε η τελική συνισταμένη να έχει ως σημείο εφαρμογής το κοινό σημείο όπου ενεργούν οι δυνάμεις. Στην προκειμένη περίπτωση η διεύθυνση και το μέτρο της συνισταμένης βρίσκονται με τη μέθοδο του δυναμοπολύγωνου. Από το τέλος του διανύσματος μιας από τις δυνάμεις φέρνουμε διαδοχικά παράλληλα διανύσματα και ίσα με τα διανύσματα των υπόλοιπων δυνάμεων. Έτσι σχηματίζεται μια πολυγωνική γραμμή, η οποία, όταν είναι κλειστή, σημαίνει ότι οι δυνάμεις ισορροπούν, ενώ όταν είναι ανοιχτή υπάρχει συνισταμένη, η οποία βρίσκεται αν ενωθεί το αρχικό σημείο εφαρμογής των δυνάμεων με το άκρο του διανύσματος της τελευταίας δύναμης (βλ σχήμα 3).
δ) Όταν δύο δυνάμεις είναι παράλληλες και της ίδιας φοράς και ενεργούν σε δύο σημεία ενός στερεού σώματος, τότε η συνισταμένη θα έχει τη φορά των δυνάμεων, η έντασή της θα είναι ίση με το άθροισμα των εντάσεων των δύο δυνάμεων, ενώ το σημείο εφαρμογής της θα βρίσκεται σε ένα σημείο της ευθείας που ενώνει τα σημεία εφαρμογής των δυνάμεων. Η θέση του σημείου καθορίζεται από το θεώρημα των ροπών F1 • x = F2 . ψ και βρίσκεται πάντα προς το μέρος της μεγαλύτερης δύναμης. Στην περίπτωση περισσότερων παράλληλων δυνάμεων, η τελική συνισταμένη εφαρμόζει σε ένα σημείο του στερεού σώματος που λέγεται κέντρο παράλληλων δυνάμεων. Αν οι δυνάμεις είναι παράλληλες, αλλά αντίθετης φοράς, η ένταση της συνισταμένης θα είναι ίση με τη διαφορά των εντάσεων των δύο δυνάμεων, ενώ το σημείο εφαρμογής της θα βρίσκεται πέρα από τη μεγαλύτερη δύναμη, ώστε να ισχύει η σχέση F1 • κ = F2 • λ. Η θέση του σημείου εφαρμογής της συνισταμένης εξαρτάται από το λόγο των δύο δυνάμεων F1 και F2 και όχι από το απόλυτο μέγεθός τους. (Βλ. σχήμα 4).
Σχάση. Η διάσπαση ατομικών πυρήνων μεγάλου ατομικού βάρους ύστερα από βομβαρδισμό τους με νετρόνια, που έχουν την κατάλληλη ταχύτητα και την απαραίτητη ενέργεια σχάσης. Το αποτέλεσμα της σχάσης είναι η δημιουργία δύο νέων πυρήνων, με διαφορετική μάζα. Οι δύο νέοι πυρήνες είναι δύο νέα στοιχεία, οι ατομικοί αριθμοί των οποίων έχουν άθροισμα ίσο με τον ατομικό αριθμό του στοιχείου του οποίου ο πυρήνας διασπάστηκε.
Η πυρηνική σχάση σημειώνεται μόνο στα στοιχεία εκείνα που έχουν μεγάλο ατομικό βάρος. Μερικά από τα στοιχεία αυτά υπάρχουν στη φύση, όπως το θόριο, το ακτίνιο και το ουράνιο, ενώ άλλα στοιχεία παράγονται τεχνητά αφού δεν υφίστανται στη φύση.
Αν και η σχάση παρατηρήθηκε για πρώτη φορά το 1931 από τους Βρετανούς φυσικούς Κόκροφτ και Γουόλτον σε πειράματα βομβαρδισμού των πυρήνων λιθίου με πρωτόνια, ο όρος σχάση χρησιμοποιείται στη διάσπαση των πυρήνων στοιχείων με μεγάλο ατομικό βάρος. Η σχάση με αυτή την έννοια ανακαλύφτηκε από τους Γερμανούς φυσικούς Χαν και Στράσμαν το 1939. Η ανακοίνωση των δύο αυτών επιστημόνων για τη σχάση του πυρήνα του ισοτόπου ουρανίου -235, μετά από βομβαρδισμό του με νετρόνια, κατέπληξε τους φυσικούς της εποχής και άνοιξε νέους δρόμους στην ατομική έρευνα. Οι δύο επιστήμονες ανακοίνωσαν ότι από το βομβαρδισμό δημιουργήθηκαν δύο νέοι πυρήνες, με ατομικό βάρος ίσο με το ήμισυ του βάρους του ουρανίου -235. Η εξήγηση του φαινομένου της σχάσης δόθηκε από τη Λιζ Μάιτνερ, συνεργάτιδα των Χαν και Στράσμαν, η οποία εργαζόταν με το συνάδελφό της Ότο Φρις στο ερευνητικό τμήμα ατομικής ενέργειας του πανεπιστημίου της Κοπεγχάγης.


Η εξήγηση του φαινομένου από τους Μάιτνερ και Φρις ήταν ότι με το βομβαρδισμό του πυρήνα του ουρανίου με νετρόνια, ο πυρήνας αρχίζει να ταλαντώνεται. Επειδή το ισότοπο ουράνιο -235 έχει πολλά πρωτόνια στον πυρήνα του είναι ένα ασταθές στοιχείο και έτσι, μετά από κάποιες επαναλαμβανόμενες ταλαντώσεις, ο πυρήνας του διασπάται σε δύο νέα στοιχεία που φεύγουν σε διαφορετικές κατευθύνσεις, ενώ ταυτόχρονα απελευθερώνεται μεγάλη ποσότητα ενέργειας.
Η μεταφορά αυτών των συμπερασμάτων από τον Μπορ σε συνέδριο Αμερικανών φυσικών είχε ως αποτέλεσμα τη στροφή της έρευνας στο νέο φαινόμενο και την ανεύρεση μέσα σε λίγους μήνες των χημικών στοιχείων που βρίσκονταν στη μέση του πίνακα του περιοδικού συστήματος και τα οποία ήταν προϊόντα σχάσης, τεχνητής ή και αυτόματης (βλ. λ. ραδιενέργεια).
Τα προϊόντα της σχάσης του ουρανίου -235 είναι συνάρτηση πολλών παραγόντων· άλλωστε υπάρχουν περισσότερες από 40 πιθανές δυνατότητες για τη λήψη μέχρι 200 ισοτόπων, που αρχίζουν από τον ψευδάργυρο -72 ως το δυσπρόσιο 161.
Το φαινόμενο της σχάσης παρουσιάζει δύο ιδιότητες που αναγνωρίστηκαν αμέσως και οι οποίες επέφεραν συγκλονιστικές αλλαγές στην ιστορία της ανθρωπότητας. Η πρώτη συνίσταται στο γεγονός ότι κατά τη διαδικασία της σχάσης σημειώνεται μικρή απώλεια μάζας, η οποία λόγω της εξίσωσης της θεωρίας της σχετικότητας του Αϊνστάιν παράγει μια τεράστια ποσότητα ενέργειας. Ένα άτομο ουρανίου που υφίσταται σχάση παράγει ενέργεια 100 εκατομμύρια φορές μεγαλύτερη από την ενέργεια που παράγει το άτομο που απελευθερώνεται κατά την καύση ενός μορίου καυσίμου υλικού. Το δεύτερο σημαντικό γεγονός είναι ότι το άτομο του ουρανίου, ενώ «σπάει» σε δύο κομμάτια, απελευθερώνει δύο νετρόνια. Αυτά τα νετρόνια, με τη σειρά τους, μπορούν να πλήξουν δύο άλλα άτομα ουρανίου, προκαλώντας μια καινούρια σχάση που απελευθερώνει καινούρια ποσότητα ενέργειας και 4 νετρόνια που έχουν την δυνατότητα να προκαλέσουν σχάση σε 4 άλλα άτομα ουρανίου κ.ο.κ. Έτσι δημιουργείται μια συνεχής ποσοτική αύξηση του φαινομένου της σχάσης. Με άλλα λόγια, μία και μόνη σχάση μπορεί να ξεκινήσει μια αλυσιδωτή αντίδραση με την οποία απελευθερώνονται ποσότητες ενέργειας αλλά και ραδιενέργειας (αφού η τελευταία δημιουργείται από τα νετρόνια) ολοένα και μεγαλύτερες, έτσι που μπορεί να προσλάβει τα χαρακτηριστικά μιας έκρηξης ανυπολόγιστης ισχύος (βλ. και λλ. άτομο, ατομική βόμβα, ατομική στήλη).
Πάνω στο φαινόμενο της σχάσης βασίζεται η λειτουργία των πυρηνικών σταθμών παραγωγής ενέργειας. Οι πρώτοι σταθμοί του είδους αυτού χρησιμοποιούσαν τη θερμότητα που αναπτυσσόταν στον αντιδραστήρα, στον οποίο γινόταν η πυρηνική σχάση. Η θερμότητα με τη σειρά της δημιουργεί ατμό με τον οποίο κινούνται τουρμπίνες-γεννήτριες παραγωγής ηλεκτρικής ενέργειας. Το καύσιμο υλικό που χρησιμοποιείται στη σχάση είναι φυσικά το εμπλουτισμένο ουράνιο, ενώ η μέση θερμοκρασία λειτουργίας κυμαίνεται στους 330 βαθμούς Κελσίου. Με την τεχνολογία αυτή παράγονται τα ραδιενεργά απόβλητα, υλικά που μπορούν να «ζήσουν» ακόμα και 100.000 χρόνια. Οι αντιδραστήρες παλιάς τεχνολογίας του είδους αυτού είναι αρκετά επικίνδυνοι και αρκετά δυστυχήματα (με βαρύτερο όλων το Τσερνομπίλ, 1986) έχουν στοιχίσει τη ζωή πολλών ανθρώπων. Οι νέοι πυρηνικοί αντιδραστήρες που λειτουργούν με σχάση μειώνουν τους κινδύνους ατυχημάτων χωρίς όμως να τους αποκλείουν εντελώς.


Σύντηξη. Η πυρηνική αντίδραση κατά την οποία δύο πυρήνες ελαφρών στοιχείων, σε συνθήκες υψηλής πίεσης και θερμοκρασίας, ενώνονται για να σχηματίσουν σταθερότερους πυρήνες, απελευθερώνοντας ταυτόχρονα μεγάλη ποσότητα ενέργειας. Μετά την ολοκλήρωση της πυρηνικής ή θερμοπυρηνικής σύντηξης η μάζα του νέου πυρήνα που σχηματίζεται είναι ελαφρώς μικρότερη της συνολικής μάζας των αρχικών πυρήνων. Η υπολειπόμενη ποσότητα μάζας μετατρέπεται σε ενέργεια, βάσει του νόμου του Αϊνστάιν E = m • c2 . Η πυρηνική σύντηξη συμβαίνει στον Ήλιο και σε άλλους αστέρες, παράγοντας τεράστιες ποσότητες ενέργειας.
Η αντίδραση γίνεται δυνατή μόνο όταν οι δύο πυρήνες πλησιάσουν πολύ μεταξύ τους, ώστε οι πυρηνικές δυνάμεις να υπερνικήσουν τις ηλεκτροστατικές απωστικές δυνάμεις που αναπτύσσονται μεταξύ των πυρήνων με θετικό ηλεκτρικό φορτίο. Για να πλησιάσουν μεταξύ τους οι πυρήνες πρέπει να αναπτύξουν μεγάλη ταχύτητα, που σημαίνει μεγάλη κινητική ενέργεια, που σημαίνει –με τη σειρά της– υψηλή θερμοκρασία. Οι ενέργειες που πρέπει να αποκτήσουν οι πυρήνες των ισοτόπων υδρογόνου (του δευτέριου και του τρίτιου) ώστε να αρχίσει η αντίδραση σύντηξης αντιστοιχούν σε θερμοκρασίες 100.000.000°C. Στις θερμοκρασίες αυτές τα άτομα των στοιχείων ιονίζονται και συνεπώς το αρχικό μείγμα των ουδέτερων ατόμων μετατρέπεται σε μείγμα ελεύθερων θετικών πυρήνων και ελεύθερων ηλεκτρονίων, κάτι που οδηγεί στη δημιουργία πλάσματος. Το πλάσμα, μια ιδιόμορφη κατάσταση, αποτελεί την τέταρτη κατάσταση της ύλης και αποτελεί το 99% της ύλης που συνθέτει το σύμπαν.
Η πυρηνική σύντηξη επιτεύχθηκε εργαστηριακά το 1932 με επιτάχυνση πυρήνων δευτέριου με το σχήμα D+D→He3+n+3,27 MeV (δηλαδή σύντηξη πυρήνων του ισότοπου δευτέριου που οδηγεί στην παραγωγή ηλίου και νετρονίων, με παράλληλη έκλυση ενέργειας), την οποία ακολούθησε θερμοπυρηνική αντίδραση των ισοτόπων δευτέριου και τριτίου, παραγωγή ηλίου, νετρονίων και έκλυση ενέργειας (D+T→He4 +n+17,6 MeV).
Οι θερμοπυρηνικές αντιδράσεις που γίνονται στον Ήλιο και τους απλανείς αστέρες ανήκουν στην αλυσίδα πρωτονίου-πρωτονίου και στον κύκλο του άνθρακα-αζώτου ή κύκλο των Μπέτε-Βαϊτσέκερ. Ο Ήλιος έχει θερμοκρασία 14.000.000°C στο εσωτερικό του και οι πυρηνικές συντήξεις που συμβαίνουν συνήθως γίνονται ανάμεσα σε τέσσερις πυρήνες υδρογόνου (οι οποίοι αποτελούνται από ένα πρωτόνιο καθένας και γι’ αυτό μιλάμε για αλυσίδα πρωτονίου-πρωτονίου) και παράγουν έναν πυρήνα ηλίου απελευθερώνοντας τεράστιες ποσότητες ενέργειας, που φτάνουν στη Γη με τη μορφή θερμότητας και φωτός. Σε άλλους μεγαλύτερους ή θερμότερους απλανείς αστέρες, οι πυρηνικές συντήξεις έχουν άλλη μορφή. Σε θερμοκρασίες 15-20.000.000°C η σύντηξη βασίζεται στον κύκλο του άνθρακα. Στον κύκλο αυτό, το ισότοπο 12 του άνθρακα λειτουργεί ως καταλύτης για τη σύντηξη 4 πρωτονίων σε ένα πυρήνα του ισότοπου 4 του αέριου ηλίου, 2 ποζιτρόνια, 2 νετρίνα και ακτινοβολία γ και έκλυση ενέργειας. Οι πυρηνικές αντιδράσεις στον Ήλιο και τους απλανείς αστέρες συμβαίνουν με χαμηλή ταχύτητα και για το λόγο αυτό παράγουν ενέργεια για τόσο μεγάλα χρονικά διαστήματα.
Η μη ελεγχόμενη πυρηνική σύντηξη αποτελεί ενεργειακή πηγή, αλλά η εκλυόμενη ενέργεια δεν είναι εύκολο να δεσμευτεί. Για να γίνει χρησιμοποιήσιμη και ωφέλιμη η ενέργεια που εκλύεται, η θερμοπυρηνική σύντηξη πρέπει να είναι ελεγχόμενη.
Εφόσον η σύντηξη είναι στενά συνδεμένη με την ύπαρξη και διατήρηση του πλάσματος, είναι απαραίτητο να θερμανθεί το πλάσμα του δευτέριου-τρίτιου σε θερμοκρασίες 100.000.000°C και να περιοριστεί το πλάσμα αυτό σε ορισμένη περιοχή, στην οποία θα υλοποιηθούν οι πυρηνικές αντιδράσεις, για ορισμένο χρονικό διάστημα, χωρίς τα υλικά που αντιδρούν να έρχονται σε επαφή με τα τοιχώματα του χώρου. Η θέρμανση γίνεται με διαβίβαση ηλεκτρικού ρεύματος μέσα από τη μάζα του πλάσματος (αφού το πλάσμα είναι αγωγός ηλεκτρισμού) ή με βομβαρδισμό του πλάσματος με ακτίνες λέιζερ ή με σωματίδια με υψηλή κινητική ενέργεια. Χρησιμοποιούνται και άλλες εξειδικευμένες μέθοδοι, όπως η μαγνητική συμπίεση και ο κυματικός συντονισμός. Στο πρόβλημα του περιορισμού του πλάσματος, η λύση προήλθε από τα μαγνητικά πεδία, εντός των οποίων τα σωματίδια εξαναγκάζονται να ακολουθούν τροχιές που ορίζουν οι δυναμικές γραμμές του πεδίου και έτσι να παραμένουν μακριά από τα τοιχώματα του χώρου. Περαιτέρω εξειδικευμένες λύσεις έδωσε η μαγνητοϋδροδυναμική, με διάφορες μεθόδους και συσκευές όπως η μέθοδος της μαγνητικής φιάλης, οι ράβδοι του Ιοφέ ή οι συσκευές ΖΕΤΑ, ΤΟΚΑΜΑΚ (η τελευταία φαίνεται να προσφέρει τα καλύτερα μέχρι στιγμής αποτελέσματα), χωρίς όμως να είναι δυνατή η διατήρηση του πλάσματος για χρονικά διαστήματα μεγαλύτερα του κλάσματος του δευτερόλεπτου. Συμπερασματικά, για να δημιουργηθούν συνθήκες σύντηξης σε ένα πλάσμα πρέπει να εκπληρώνεται το κριτήριο του Lawson, σύμφωνα με το οποίο το γινόμενο της ιοντικής πυκνότητας επί μια σταθερά χρόνου, που χαρακτηρίζει την κατασκευή του, πρέπει να είναι ίσο με 1014 sec/cm3.
Αντιδραστήρες σύντηξης με χρήση μείγματος δευτέριου-τρίτιου ως καύσιμου υλικού και στρώμα υγρού λιθίου ως υλικού απορρόφησης της ενέργειας των νετρονίων, δοκιμάζονται σε πολλά πυρηνικά εργαστήρια και ελπίζεται ότι θα προσφέρουν απεριόριστη και φτηνή ενέργεια με τη χρησιμοποίηση της φτηνότερης πρώτης ύλης, δηλαδή του θαλασσινού νερού.
Το θαλασσινό νερό περιέχει δευτέριο σε αναλογία 1,6 γραμμ. στο λίτρο και αυτό σημαίνει ότι οι ωκεανοί ίσως γίνουν κάποτε οι αστείρευτες ενεργειακές πηγές. Η σύντηξη με νερό παρουσιάζει σοβαρά πλεονεκτήματα σε σχέση με άλλες μεθόδους παραγωγής ενέργειας (θερμοηλεκτρισμός, σχάση) γιατί δεν χρειάζεται καύση και επομένως κατανάλωση ατμοσφαιρικού οξυγόνου και έκλυση υποπροϊόντων καύσης που ρυπαίνουν την ατμόσφαιρα. Επίσης δεν παράγονται ραδιενεργά κατάλοιπα, δεν καταναλώνονται πολύτιμα καύσιμα και δεν υπάρχει κίνδυνος πυρηνικής έκρηξης.
Οι ατομικοί επιστήμονες στρέφουν το ενδιαφέρον τους στη θερμοπυρηνική σύντηξη που πραγματοποιείται με πυρήνες δευτέριου και ηλίου. Η υλοποίηση της σύντηξης αυτής είναι δύσκολη, αφού απαιτούνται πολύ πιο ακραίες συνθήκες θερμοκρασίας (που πρέπει να υπερβαίνει κατά πολύ τους 100.000.000°C), αλλά παρουσιάζει ένα τεράστιο πλεονέκτημα. Το πλεονέκτημα είναι ότι δεν παράγονται νετρόνια, τα οποία καθιστούν ραδιενεργό κάποιο υλικό και συνεπώς και τους σύγχρονους αντιδραστήρες. Αν λοιπόν καταφέρουν να υλοποιήσουν την προαναφερθείσα σύντηξη, τότε θα μπορούν να κατασκευάζονται και αντιδραστήρες που δε θα είναι ραδιενεργοί.
Δυστυχώς η θερμοπυρηνική σύντηξη δεν έχει μόνο ειρηνικές εφαρμογές, αφού η υδρογονοβόμβα ή θερμοπυρηνική βόμβα, η πρώτη δοκιμή της οποίας έγινε το 1952 στο Ενιβετόκ του Ειρηνικού ωκεανού, αποτελεί την εφαρμογή της αντίδρασης σύντηξης σε στρατιωτικούς σκοπούς (βλ. λ. υδρογονοβόμβα).




ΕΝΕΡΓΕΙΑΚΕΣ ΠΗΓΕΣ
Καύσιμη ύλη Πηγή Χρήση (παραγωγή ενέργειας) Επάρκεια
Κάρβουνο υπέδαφος με ανάφλεξη περ. 200-280 χρόνια
Πετρέλαιο υπέδαφος, υφαλοκρηπίδα με ανάφλεξη περ. 30-50 χρόνια
Ουράνιο και Θόριο υπέδαφος με σχάση 250-400 χρόνια το λιγότερο
Δευτέριο θαλασσινό νερό με σύντηξη περισσότερο από 1.000 εκατομμ. χρόνια

Συντονισμός. Η διέγερση ενός συστήματος που εκτελεί ταλαντώσεις, έτσι ώστε να αποκτήσει το μέγιστο πλάτος ταλάντωσης. Η πηγή που προσφέρει τη διέγερση λέγεται διεγέρτης, ενώ το αντικείμενο που τη δέχεται συντονιστής. Ο συντονιστής έχει μια ορισμένη συχνότητα ν0 που λέγεται ιδιοσυχνότητα. Αν η συχνότητα δόνησης του διεγέρτη γίνει ίση με την ιδιοσυχνότητα ν0 του συντονιστή, τότε παράγεται το φαινόμενο του συντονισμού.
Ο θόρυβος που παράγεται από τα τζάμια, όταν σε κοντινή απόσταση δουλεύει μια μηχανή ή περνάει ένα αυτοκίνητο, είναι αποτέλεσμα του συντονισμού ανάμεσα στην περίοδο ταλάντωσης του τζαμιού και την περίοδο περιστροφής του κινητήρα που δημιουργεί το φαινόμενο.
Γενικά, κάθε φορά που δύο συστήματα διαφορετικών μορφών ταλαντώσεων συναντιούνται, αν οι συχνότητές τους παρουσιάζουν συντονισμό, τότε το ένα σύστημα θα διεγείρεται από το άλλο και θα το συντονίζει. Αν το φαινόμενο είναι μηχανικό, όπως στην περίπτωση των παρασιτικών ταλαντώσεων, επιδιώκεται η εξαφάνισή του. Στην περίπτωση όμως των ηλεκτρικών ταλαντώσεων γίνεται προσπάθεια για τη διατήρησή τους.
Το βασικό χαρακτηριστικό στα φαινόμενα συντονισμού είναι η μετάβαση ενέργειας από το διεγέρτη στο συντονιστή χωρίς να είναι απαραίτητος ο υλικός δεσμός ανάμεσα στα δύο συστήματα.
Ο συντονισμός είναι φαινόμενο που συναντιέται σε πολλά κεφάλαια της φυσικής.
Στη μηχανική π.χ. αν υπάρχει μια σειρά από εκκρεμή συνδεμένα μεταξύ τους με ελατήριο και κινήσουμε το ένα από αυτά, τότε από τα υπόλοιπα εκκρεμή θα αρχίσει να κινείται εκείνο που έχει το ίδιο μήκος με το αρχικό και επομένως την ίδια ιδιοσυχνότητα.
Στην ακουστική, αν διεγερθεί σε κίνηση ένα διαπασών μπροστά σε ένα ηχείο ή σε ένα άλλο διαπασών που έχει τα ίδια χαρακτηριστικά και επομένως την ίδια ιδιοσυχνότητα, τότε παρατηρείται διέγερση και εκπομπή ήχου από το δεύτερο διαπασών ή το ηχείο.
Στην οπτική, χαρακτηριστική είναι η ακτινοβολία συντονισμού η οποία παράγεται με τον εξής τρόπο: αν με μια λυχνία νατρίου φωτίσουμε ατμούς νατρίου που βρίσκονται σε κλειστό γυάλινο δοχείο και σε θερμοκρασία 100°C, τότε οι ατμοί διεγείρονται και εκπέμπουν ακτινοβολία που έχει συχνότητα ίση με τη συχνότητα της ακτινοβολίας που προκάλεσε τη διέγερση.
Στον ηλεκτρισμό το φαινόμενο του συντονισμού παρατηρείται ανάμεσα σε κυκλώματα ταλαντώσεων (Τόμσον), π.χ. κεραίες εκπομπής και λήψης, όταν ισχύει η σχέση συντονισμού L1 • C1=L2 • C2, όπου L αυτεπαγωγή (πηνίο) και C χωρητικότητα (πυκνωτής). Ο συντονισμός έχει μεγάλη σημασία στην πραγματοποίηση των ραδιοεπικοινωνιών, γιατί κάνει δυνατή την ταυτόχρονη λειτουργία πολλών σταθμών εκπομπής χωρίς η παρουσία του ενός να ενοχλεί την εκπομπή του άλλου. Το πιο κοινό παράδειγμα συντονισμού είναι το «πιάσιμο» σταθμών στο ραδιόφωνο με τη μετακίνηση ενός κουμπιού. Η μετακίνηση αυτή έχει ως συνέπεια τη μεταβολή της χωρητικότητας ενός μεταβλητού πυκνωτή, οπότε από τη σχέση συντονισμού, το γινόμενο L2 • C2, που αναφέρεται στην κεραία λήψης αποκτά τέτοια τιμή, ώστε να συντονίζεται μόνο με μια χαρακτηριστική τιμή συχνότητας που εκπέμπεται από την κεραία εκπομπής (σταθμό).
Με τη χρησιμοποίηση του φαινομένου του συντονισμού κατασκευάζονται επίσης φίλτρα αποκοπής ορισμένων ανεπιθύμητων συχνοτήτων από ένα πλήθος εναλλασσόμενων ρευμάτων. Τα ηλεκτρικά και ηλεκτρονικά κυκλώματα, στις περιπτώσεις συντονισμού, πρακτικά δεν παρουσιάζουν αντίσταση και η ένταση του ρεύματος που περνά από αυτά έχει τη μεγαλύτερη τιμή της και βρίσκεται σε φάση με την εφαρμοζόμενη τάση.

No comments:

Post a Comment