فهرست مطالب

پژوهش های نوین فیزیک - سال پنجم شماره 2 (پیاپی 9، پاییز و زمستان 1399)

نشریه پژوهش های نوین فیزیک
سال پنجم شماره 2 (پیاپی 9، پاییز و زمستان 1399)

  • تاریخ انتشار: 1401/06/02
  • تعداد عناوین: 7
|
  • شبیه سازی تاثیر پهنای حفره بر مکانیسم شارژ ابرخازن ها
    امین کریم آبادی، مراد بیاگوی، سید احسان ندایی اسکویی* صفحه 0

    ابرخازن ها به عنوان سیستم ذخیره انرژی الکتریکی پرکاربرد هستند و با توجه به پیچیدگی آن ها  شبیه سازی های عددی نقش مهمی در فهم مکانیسم آن ها دارند. شکل هندسی حفره ها در مکانیسم و ظرفیت الکتریکی ابرخازن ها تاثیرگذار هستند. در این مقاله تاثیرات پهنای حفره های خطی با رفتار یون دوستی حفره ها بررسی شده است. برای این منظور حفره های خطی مشابهی با پهناهای متفاوت با الگوریتم PLT  با کمک پکیج CAVIAR شبیه سازی شد. شبیه سازی ها در دو ولتاژ 0 و 2 ولت صورت گرفت. از نتایج شبیه سازی مشخص شد که پهنای حفره یک فاکتور مهم است و هرچه پهنای حفره افزایش یابد رفتار یون دوستی حفره بیشتر می شود.

    کلیدواژگان: ابرخازن، شارژ، CAVIAR، PLT، شبیه سازی
  • بررسی دینامیک الکترون در یک موجبرهم محور استوانه ای حاوی پلاسمای مغناطیده با در نظر گرفتن میدان های هیبریدی مد متقارن سمتی
    عباس عبدلی آرانی*، محمدمهدی منتظری صفحه 0

    در این مقاله با جایگذاری تانسور دی الکتریک در معادلات ماکسول و اعمال شرایط مرزی در موجبر هم محور استوانه ای حاوی پلاسمای مغناطیده، شش مولفه ی میدان های هیبریدی را برای مد متقارن سمتی به دست آورده می شوند. رابطه پاشندگی و توان امواج الکترومغناطیسی منتشره در پیکربندی مورد نظر محاسبه و مولفه های میدان های هیبریدی ترسیم می شوند. سپس دینامیک و انرژی یک الکترون نسبیتی خارجی تزریق شده به موجبر در نظر گرفته شده با مد متقارن سمتی بررسی می شود. . معادلات دیفرانسیل به دست آمده با استفاده از روش رانگ کوتای مرتبه چهار حل می شوند.  مسیر حرکت، مولفه های سرعت، انرژی کل و انرژی جنبشی الکترون تزریق شده در موجبر هم محور  مذکور ، به صورت گرافیکی ارایه می گردند.

    کلیدواژگان: شتاب الکترون، موجبر محوری، انتقال توان، پلاسمای مغناطیده، ستون پلاسمای حلقوی
  • فرآیند باردار شدن ذره غبار در پلاسمای غباری با تابع توزیع ماکسولی نسبیتی
    ایمان مطیع*، مسعود طاهری مقدم، علی بخشایشی، تقی میرزایی صفحه 0

    در این کار تحقیقاتی، اثرات نسبیتی در فرآیند شارژ ذره غبار با در نظر گرفتن سطح مقطع نسبیتی بوسیله ی نظریه حرکت مداری محدود (OLM)، مدل جنبشی و تابع توزیع ماکسولی-نسبیتی بررسی شده است و جریان های یونی و الکترونی بدست آمده است. سپس با استفاده از حل عددی، پتانسیل الکتریکی ذره غبار محاسبه شده است و مشخص شد که با افزایش چگالی ذرات غبار، این ذرات به عنوان جزیی از پلاسمای چند مولفه ای هستند که رفتار جمعی نشان می دهند. علاوه بر این نشان داده شد که در رژیم نسبیتی جرم یون ها در پلاسماهای سبک، پر رنگ تر از دمای یون ها می باشد. همچنین مشخص شد که با نزدیک شدن یون ها به محدوده فوق نسبیتی، پتانسیل الکتریکی ذرات غبار افزایش یافته و اختلاف بین پتانسیل الکتریکی ذرات غبار در پلاسماهای اکسیژنی، هلیمی و هیدروژنی بیشتر می شود.

    کلیدواژگان: پتانسیل الکتریکی ذره غبار، شارژ ذره غبار، توزیع ماکسولی نسبیتی، نظریه حرکت مداری محدود (OLM)، پلاسمای غباری
  • سپیده اسکندرلو*، سعید توسلی صفحات 1-18

    در این پژوهش براساس داده های SDSS اثر محیط کهکشانی بر روی ویژگی های فیزیکی کهکشانهای پیر و جوان مورد بررسی قرار گرفته است. برای این منظور در دو محیط پرچگال)خوشه(و کم چگال)تهی جا(فهرستی از کهکشانهایی که درخشان تر از Mr~−17 هستند و در انتقال بسرخ z<0.04 قرار دارند، تهیه کرده ایم. در هر دو محیط کهکشانی، با افزایش جرم، سرعت پراکندگی کهکشانهای پیر افزایش می یابد. در صورتی که به طور آماری چنین رفتاری برای کهکشانهای کم جرم جوان دیده نمی شود. علاوه براین در هر دو محیط، اندازه کهکشانهای پیر نسبت به کهکشان هم جرم جوان کوچکتر است. همچنین شاخص سرسیک برای کهکشانهای کم جرم جوان در هر دو محیط مقدار ثابتی است درصورتی که با افزایش جرم، شاخص سرسیک کهکشانهای پیر افزایش می یابد. در نهایت ارتباط میان جرم و رنگ کهکشانها در هر دو محیط نشان میدهند که رنگ کهکشانهای پیر با افزایش جرم ثابت است اما در مقابل رنگ کهکشانهای جوان با افزایش جرم قرمزتر میشود. نتایج این پژوهش نشان میدهد که ویژگیهای فیزیکی کهکشانهای پیر و جوان در هر دو محیط یکسان است.

    کلیدواژگان: کهکشان پیر و جوان، محیط کهکشانی، جرم ستارهای، سرعت پراکندگی، اندازه، شاخص سرسیک، رنگ
  • الهه نحوی فرد*، کاوه پسندیده صفحات 2-13

    یک تصحیح جدید روی مدل گیلمور برای شبیه سازی دقیق تر اثرات لزجت برشی و حجمی و تراکم پذیری مایع میزبان روی دینامیک شعاعی کاویتاسیون تک حباب تحت میدان فراصوت تحریکی معرفی می شود. همچنین برای توصیف دقیق تر ترمودینامیک گاز داخل حباب، از مدل هیدروشیمیایی استفاده می شود که در آن فرایندهای مهم شامل تبادل جرم و حرارت با مایع میزبان از طریق دیواره حباب و همچنین واکنش های شیمیایی داخل حباب در نظر گرفته می شوند. نتایج حاصل از مدل ارایه شده با نتایج حاصل از معادله پرکاربرد گیلمور مقایسه می شوند. نتایج شبیه سازی ها برای تک حباب آرگون در آب نشان می دهند که صرف نظر کردن از جملات مرتبط با لزجت و تراکم پذیری مایع در معادله پایستگی تکانه می تواند روی بیشینه دما و فشار داخل حباب در انتهای رمبش تاثیرگذار باشد. تحت شرایط استفاده شده در این پژوهش بیشینه فشار تا بالای %2 تغییر خواهد کرد. همچنین تحولات زمانی تعداد ذرات بخار آب داخل حباب تطابق بسیار خوبی با نتایج حاصل از شبیه سازی های دینامیک مولکولی دارند.

    کلیدواژگان: کاویتاسیون، لزجت، فراصوت، هیدروشیمیایی
  • زینب رحمانی*، ناهید رضایی صفحات 31-40

    در این مطالعه، انتشار امواج الکترومغناطیس و ساختار باند گپ در یک بلور فوتونی پلاسمایی یک بعدی سه تایی شامل پلاسمای برخوردی با در نظر گرفتن سرعت حرارتی الکترونها بررسی شده است. هر سلول واحد ساختار  متشکل از لایه های دی الکتریکI_پلاسما_دی الکتریکII می باشد. پلاسما نوعی ماده پاشنده است، یعنی ضریب شکست آن به فرکانس موج الکترومغناطیسی فرودی وابسته است. همین ویژگی ، بلور فوتونی پلاسمایی را از سایر بلورهای فوتونی معمول متمایز می کند. در این مقاله با استفاده از روش ماتریس انتقال، شدت جذب و انعکاس امواج الکترومغناطیس با قطبش TE هنگامی که به طور عمود و مورب بر بلور فوتونی فرود می آید، مورد مطالعه قرار می گیرد. نتایج شبیه سازی نشان می دهند با تغییر پارامترهای مختلف بلور فوتونی مانند ضخامت و دمای الکترونی لایه پلاسما، ثابت دی الکتریک و ضخامت لایه های دی الکتریک، می توان پهنا، تعداد و محل نوارهای گاف را بصورت هدفمند تنظیم کرد و شدت جذب موج فرودی را کنترل کرد.

    کلیدواژگان: بلور فوتونی سه تایی، پلاسمای برخوردی، سرعت حرارتی الکترون، نوار گاف، جذب
  • مریم تحفه، لیلا رجایی، صدیقه میرابوطالبی*، لاله فرهنگ متین صفحات 37-48

    برانگیختگی پلاسمون ها روی سطح پلاسمای چگال موجب  انتقال انرژی موج الکترومغناطیسی از درون پلاسما است. وجود اثرات غیر خطی و همچنین اثرات اتلافی در چنین پلاسمایی اجتناب ناپذیر میباشد. در این مقاله به مطالعه ی اینگونه اثرات در برانگیختگی امواج سطحی، در مرز مشترک بین پلاسمای چگال و خلاء می پردازیم. از روش حل بسط اختلالی استفاده میکنیم و معادلات را تا تقریب درجه دوم، به صورت تحلیلی، حل میکنیم.  با مطالعه رابطه پراکندگی، شرایط تشکیل امواج سطحی را هم در تقریب خطی و هم در تقریب درجه دوم مورد مطالعه قرار می دهیم. نتایج نشان می دهند که اثرات اتلافی تاثیرات مهمی در رابطه پراکندگی و نتایج حاصل از آن دارند. بویژه، وجود این اثرات، بازه فرکانس های ایجاد امواج سطحی را در تقریب خطی گسترش میدهد . در تقریب درجه دوم غیر خطی، این اثرات اتلافی به برانگیختگی امواج سطحی در فرکانس های پایین تر میانجامد.

    کلیدواژگان: موج سطحی غیر خطی، اثرات اتلافی، پلاسمای ابر چگال، پارامتر برخورد، بسط اختلالی
|
  • Simulation of pores’ width effect over charging mechanism of supercapacutors
    Amin Karimabadi, Morad Biagooi, Seyed Ehsan Nedaaee Oskoee* Page 0

    Supercapacitors as electrical energy storage systems are widely known devices and due to the complexity of these systems, the numerical simulation is a fundamental approach to investigate their charging mechanism. Geometric effects of the pore are important on the electrical capacitance properties of supercapacitors. In this paper, the effects of linear pores width on their ion-philic behaviors are investigated. For this purpose similar linear pore systems that only differ in the pores’ width are simulated by using the PLT algorithm implemented in CAVIAR. The systems are simulated at two different applied voltages: 0 and 2 V.  It was shown that the width is an important factor, that is, a larger pore width shows more ion-philic behaviors.

    Keywords: supercapacitor, Charging, CAVIAR, PLT, Simulation
  • Investigation of fields and electron acceleration through an coaxial magnetized plasma waveguide
    Abbas Abdoli Arani*, Mohammad Mahdi Montazeri Page 0

    In this paper by substituting the dielectric tensor in the Maxwell’s equations and applying the boundary conditions in a longitudinally magnetized plasma-filled coaxial waveguide ,six hybrid field components for azimuthal symmetric mode are obtained.The dispersion relation,and power for electromagnetic waves propagating in the considered configuration are derived.We examine the acceleration of an injected external relativistic electron using radiation of a microwave source in the considered waveguide having an azimuthal symmetric mode.The trajectory,velocity components,total energy and kinetic energy of injected electron in the considered waveguide along propagating axis and hybrid field components are plotted.The obtained differential equations are numerically solved by fourth-order Runge–Kutta method and results are graphically presented.

    Keywords: Electron acceleration, coaxial waveguide, Magnetized plasma, Annular plasma
  • The process of dust charging with relativistic Maxwellian distribution in the dusty plasma
    Iman Motie*, Masoud Taherimoghadam, Ali Bakhshayeshi, Taghi Mirzaye Page 0

    The relativistic effects on the dust grain charging process and the dust grain electrical potential are investigated by taking into account the relativistic cross section by the orbit-limited motion (OLM) theory, a kinetic model and the relativistic Maxwellian distribution function for currents carried by ions and electrons. The calculations are applied by the numerical analyses to finding the dust grain electrical potential in the dust charging process. It is found that by increasing the dust grains density, dust particles are as a component from conventional multi-ionic plasma that shows the collective behavior. In addition to, it is indicated that the role of mass is more colorful than the ion temperature in the light plasma such as hydrogen versa the heavy plasma such as oxygen in relativistic regime. Moreover, it is showed that, as ions are closer to the ultra-relativistic range, the dust grain electrical potential is increased and the difference between the dust grain electrical potential in oxygen, helium and hydrogen plasmas become more and more.

    Keywords: dust electrical potential, dust charging, relativistic Maxwellian distribution, orbit limited motion theory (OLM), dusty plasma
  • Sepideh Eskandarlou*, Saeed Tavasoli Pages 1-18

    In this project, we investigate the properties of old and young galaxies in different environments, based on SDSS sample in the local universe. In order to that, we extracted the cluster and void catalog that are brighter than 𝑀𝑟~−17 and located in 𝑧<0.04. We show that massive old galaxies in void and cluster environments have higher velocity dispersion. On the other hand, this trend cannot be seen for young galaxies, especially for lower mass. Also, old galaxies are smaller than young galaxies at the same stellar-mass for void and cluster environments. In both environments, the sersic-index is constant for the low mass regime of young galaxies but increases for massive old galaxies. Although there is tight relation between the color of young galaxies and stellar-mass in both environments, it remains constant for all range mass of old galaxies. This study shows that the properties of old and young galaxies in local universe are independent of environments.

    Keywords: old, young Galaxy, environment, Stellar-Mass, Velocity dispersion, size, sersic index
  • Elahe Nahvifard*, Kaveh Pasandideh Pages 2-13

    A new modification to the Gilmore model is introduced to accurately simulate the effects of liquid shear and bulk viscosity and compressibility on the radial cavitation dynamics of a single bubble under a driving ultrasound field. Furthermore, in order to an accurate description of interior gas thermodynamics, a hydrochemical model, in which the heat and mass interchange across the bubble wall and also the chemical reactions are included, is used. The results of newly developed model are compared to those attained from the more practical Gilmore model. The simulations result for a single argon bubble in water show that neglecting the terms related to liquid viscosity and compressibility in the momentum conservation equation could affect the maximum temperature and pressure inside the bubble at the final moments of collapse. Under the conditions used in this study, the maximum pressure changes up %2. Moreover, the temporal evolution of water vapor particles meets the results obtained using the molecular dynamics simulation.

    Keywords: cavitation, viscosity, ultrasound, hydrochemical
  • Zeinab Rahmani* Pages 31-40

    In this study, the propagation of electromagnetic waves and band gap structure in a one-dimensional ternary plasma photonic crystal including collisional plasma taking into account of thermal velocity of the electrons is investigated. Each unit cell of the structure consists of dielectric I-plasma-dielectric II. Plasma is a dispersive medium, meaning that its refractive index depends on the frequency of the incident electromagnetic wave. This feature distinguishes plasma photon crystal from other common photon crystals. In present paper, by using transfer matrix method, the absorption and reflection intensities of the electromagnetic waves with TE polarization are studied when the wave normally and obliquely incident on the photonic crystal. The results of simulation show that by changing different parameters of the photonic crystal such as the thickness and temperature of the plasma layer, dielectric constant and thickness of the dielectric layers, the width, number and the location of band gaps can be purposefully adjusted and the absorption of incident waves can be controlled.

    Keywords: Ternary photonic crystal, Collisional plasma, Electron thermal velocity, Band gap, Absorption
  • Maryam Tohfeh, Leila Rajaei, Sedigheh Miraboutalebi*, Laleh Farhang Matin Pages 37-48

    Excitation of plasmons at the surface of the overdense plasma is responsible for the transition of the energy of electromagnetic waves in the plasma. The effects of the nonlinearities and dispersions are inevitable in the overdense plasma. In this article, it is investigated these effects on the excitation of the surface waves on the interface between the plasma and vacuum. Using the perturbation expansion, the equations are analytically solved up to the second order. By studying the dispersion relation, the conditions are obtained for the formation of the surface waves in both linear and second-order approximations. The results show that the dissipation effects have important outcomes on the dispersion relation and its consequences. Specifically, in the presence of these effects, the frequency regime suitable for the surface wave excitations becomes wider.  At the second-order approximation, the dissipation effects lead to the excitation of the surface waves at lower frequencies.

    Keywords: Nonlinear surface wave, Dissipation effects, Overdense plasma, Collision parameter, perturbation expansion