معرفی کامل رشته فیزیک مهندسی
فیزیک مهندسی رشتهای بینرشتهایست که هدف آن توسعهٔ پایههای نظری برای تحلیل پدیدههای علمی و کاربردهای مهندسی آنها، آیندهپژوهی در فناوری، و انتقال فناوریهای نو به صنعت است. ایدهآل این رشته آن است که دانشجویان ویژگیهای مثبت یک مهندس و یک دانشمند را توأمان بدست آورند.
اهمیت علم فیزیک با تمام گستردگی و کاربردهای فراوان آن در جامعه ایران ناشناخته مانده است و اغلب انتخاب این رشته را مساوی با شغل دبیری میدانند در صورتی که در جامعه بینالمللی چنین نیست. پیشرفتهای صنعتی مرهون همکاری فیزیکدانان و مهندسین است. فیزیک مهندسی این همکاریها را میسر میسازد.
هدف از این رشته آمادهسازی فارغ التحصیلانی است که علاوه بردانستن فیزیک و مباحث پیشرفته آن با کاربردهای فیزیک نیز آشنا بوده و توانایی مهندسی و ارائه طرحهای صنعتی در زمینه فیزیک جدید را داشته باشند.
این رشته در مقطع کارشناسی دارای سه گرایش «حالت جامد»، «پلاسما» و «لیزر و اپتیک» است:
1- گرایش حالت جامد
فیزیک حالت جامد به طور گسترده به مطالعه ی ساختار بلوری جامدات،نوسانات یون ها و حرکت الکترون های موجود در آن ها می پردازد. در ابتدای قرن بیستم در پی کشف پراش پرتوهای ایکس، بررسی حالت جامد به عنوان گسترشی از فیزیک اتمی شروع شد. در حال حاضر، خواص مکانیکی، الکتریکی، مغناطیسی، اپتیکی و حرارتی جامدات به ویژه جامدات بلوری نانو ساختارها، موضوع فیزیک حالت جامد را تشکیل می دهند.
عبور، جذب و بازتاب امواج نور و صوت از جامدات بستگی به ساختار بلوری و ساختار اتمی و الکترونی آنها دارد. بر این اساس آشکارسازهای امواج در محدوده های مختلف فرکانسی طراحی می شوند. برای تولید باریکه های الکترونی و یونی و نیز تولید اشعه ی ایکس و لیزرهای نیمه هادی، خواص جامدات مورد استفاده قرار میگیرد.
مواد رسانا، عایق، نیمه رسانا و ابررسانا هر یک کاربردهای ویژه ای دارند. مقاومت الکتریکی جامدات در شرایط مختلف دما، فشار و میدان مغناطیسی به نانو ساختار و ساختار بلوری و الکترونی آنها ارتباط دارد. سیستم های الکترونیکی و کامپیوتر از اجزا و قطعاتی تشکیل می شوند که طراحی و تهیه ی آنها در حوزه ی تخصصی حالت جامد است. با استفاده از پدیده هایی مانند اثر فوتوالکتریک، اثر هال و اثر ترموالکتریک حسگرهایی ساخته میشوند که برای کنترل و اندازه گیری شدت نور، جریان الکتریسیته، میدان مغناطیسی و درجه ی حرارت به کار می روند. درس های گرایش مهندسی حالت جامد به رشته های تحصیلی فیزیک و مهندسی الکترونیک نزدیک است.
2-گرایش پلاسما
پلاسما حاوی ترکیبی از یون های مثبت، الکترون ها و اتم های خنثی در محیط گازی است و میزان یونیدگی بستگی به دما دارد. اگر دما پایین باشد پلاسما تعداد قابل توجهی اتم خنثی خواهد داشت، اگر دما بالا باشد تقریباً اتم ها یونیده خواهند بود. بیشتر ماده ی جهان به شکل پلاسما است. خورشید و همه ی ستارگان، گوی های عظیمی از پلاسما هستند. حدود ۹۹ درصد کل جرم مشهود کائنات در این گوی های پلاسما یافت می شوند. این اجسام فقط بخش کوچکی از کل ماده ی کائنات را تشکیل می دهند. در محیط پیرامون ما پلاسما به حالت طبیعی نادر است، به حدی که تا اواخر سده ی نوزدهم به عنوان یک حالت جداگانه ی ماده شناخته نشده بود. آذرخش ها، شفق شمالی و یون سپهر (یونوسفر)، همه، پلاسما هستند و روی زمین تنها شکل هایی از پلاسما هستند که به صورت طبیعی یافت می شوند. در تکنولوژی مدرن از بسیاری شکل های مصنوعی استفاده میشود. گاز لوله های فلوئورسنت و تابلوهای نئون، پلاسماست. قوس نورانی یک سیم جوش برقی و آتش اگزوز موشک نیز نمونه هایی از پلاسما هستند. فیزیک پلاسما را می توان دنباله و نتیجه ی تحقیقاتی دانست که تقریبا از قرن گذشته به بعد در زمینه ی فیزیک گازها و الکتریسیته و مغناطیس انجام شده است.
پلاسما می تواند روی حالت های مختلف ماده مانند جامدات، مایعات و گازها یا ترکیبی از آنها اثرات متقابل داشته باشد. الکترون ها و یون ها در دمای بالا می توانند موجب تجزیه، یونیزاسیون و واکنش های شیمیایی پلاسما با گاز خنثی شوند. همان طور که اشاره شد پلاسما مخلوطی از الکترون، یون، فوتون و ذرات خنثی است. سطوحی که با پلاسما در تماس اند، توسط این گونه مواد مورد برهم کنش قرار می گیرند و انرژی آنها از طریق واکنش های شیمیایی و فیزیکی مختلف به ماده ی مورد هدف منتقل میشود. هم اکنون تکنولوژی پلاسما به سرعت در حال تبدیل شدن به یک بازار جهانی است.
بازار سالانه جهانی برای کاربردهای پلاسما عبارتند از:
♦پوشش دهی مواد: ۵۰ میلیارد دلار
♦بازیافت ضایعات و پسماندها: ۵۰ میلیارد دلار
♦الکترونیک (شامل صفحات نمایشگر تحت پلاسمایی): ۴۰ میلیارد دلار)
♦نیمه هادی ها با کارایی بالا و مدارات مجتمع IC: 30 میلیارد دلار
♦سرامیک ها با کارایی بالا، تولید فیلم های پلیمری، کاشت یون برای سخت کردن قطعات اپتیکی، کاربردهای پزشکی: بیش از ۲۰ میلیارد دلار در سال.
هم اکنون تکنولوژی پلاسما به سرعت در حال تبدیل شدن به یک بازار جهانی به ارزش بیش از ۲۰۰ میلیارد دلار در سال است.
3- گرایش لیزر و اپتیک
واژه ی انگلیسی لیزر به معنی «تقویت نور توسط گسیل القایی تابشی » است. اتم ها یا مولکول های مواد وقتی انرژی بگیرند، برانگیخته میشوند و وقتی به حالت پایه ی اول بازگردند میتوانند انرژی خود را به صورت یک فوتون یا واحد انرژی موج الکترومغناطیسی تابش کنند. از سال ۱۹۶۰ تاکنون علم لیزر چه از نظر ساخت لیزرهای جدید و چه از نظر کاربرد لیزر در زمینه های گوناگون بیشترین پیشرفت را در بین علوم مختلف داشته است. امروزه از لیزرهای گوناگون جامد، مایع، گاز و پلاسما در طول موج های مختلف در پژوهشگاه ها، مراکز صنعتی و پزشکی استفاده می شود. هدف از ایجاد این رشته، تربیت نیروهای متخصصی و کارآمدی است که بتوانند در زمینه ی طراحی لیزر، کار با آن، تعمیر و نگهداری سیستم های موجود و کاربردهای آن صاحب نظر باشند.
فوتون ها در نور لیزر دارای خصوصیت زیر می باشند:
♦همفاز منتشر می شوند.
♦در یک جهت منتشر می شوند و پراکندگی آنها نسبت به نور معمولی کم است.
♦با فرکانس یکسان منتشر می شوند.
و اینها همگی از خواص پرتو لیزر می باشد.
از سال ۱۹۶۰ تاکنون علم لیزر چه از نظر ساخت لیزرهای جدید و چه از نظر کاربرد لیزر در زمینه های گوناگون بیشترین پیشرفت را در بین علوم مختلف داشته است. امروزه از لیزرهای گوناگون جامد، مایع، گاز و پلاسما در طول موجهای مختلف در پژوهشگاهها، مراکز صنعتی و پزشکی استفاده می شود. در کشور ما نیز این تکنولوژی هر روز بیشتر مورد توجه قرار می گیرد. در این راستا با توجه به نیاز کشور برای اولین بار در دانشگاه آزاد اسلامی، واحد علوم و تحقیقات- تهران رشته فیزیک مهندسی لیزر و اپتیک را پایه گذاری نموده است. هدف از ایجاد آن تربیت نیروهای متخصص و کارآمدی است که بتواند در زمینه طراحی لیزر، کار با آن، تعمیر و نگهداری سیستم های موجود و کاربردهای آن صاحب نظر و ورزیده باشند. مهمترین کاربردهای لیزر در کشور ما به شرح زیر می باشد:
۱- کاربردهای پزشکی:
بیشترین کاربرد لیزر در پزشکی در زمینه جراحی است. از باریکه لیزر CO2 به عنوان چاقوی جراحی برای برش های بسیار دقیق استفاده می شود. این برش ها با استفاده از میکروسکوپ هدایت می شوند و در مقایسه با جراحی با چاقوی معمولی خونریزی را به شدت کاهش میدهد. همچنین پرتو لیزر برای ضدعفونی کردن، درمان های پوستی و … کاربرد دارد. در زمینه علوم وابسته به پزشکی همچون زیست شناسی لیزر یکی از بهترین وسائل شناسایی است. شناسایی ترکیبات DNA، مطالعه سلولها و هموگلوبین خون و بسیاری موارد دیگر همگی با استفاده از پرتو لیزر قابل انجام می باشد.
۲- کاربردهای صنعتی:
در کارهای صنعتی از قبیل جوشکاری، برش، سوراخکاری، حکاکی، ترمیم سطح و آلیاژسازی، لیزر نقش اساسی ایفا می کند. ساخت ریز تراشه ها که انقلابی را در تکنولوژی کامپیوتر و تلفن همراه و … ایجاد کرده بدون استفاده از پرتو لیزر غیرممکن است. دقیقترین لایه نشانی ها با تکنیک PLD با استفاده از پالس لیزر ایجاد می شود. بسیاری از صنایع بزرگ کشور ما نیز مجهز به سیستم های لیزری عمدتاً از نوع CO2 و Nd:yag هستند.
۳- کاربردهای پژوهشی:
لیزر به عنوان یکی از اساسی ترین وسائل شناسایی در آزمایشگاههای فیزیک مورد استفاده قرار می گیرد. اکثر تداخل سنجها و اسپکترومترها با لیزر کار می کنند. هم خط کردن وسائل اپتیکی و فاصله سنجی از دیگر کاربردها می باشد. اندرکنش لیزر با مواد مختلف آزادکننده انرژی بزرگی است که از آن میتوان برای ساختن تفنگ الکترونی و یونی استفاده کرد. همچنین این فرآیند می تواند منجر به واکنشهای گداخت گرما هسته ای یا به عبارتی Inertial Confinement Fusion شود که منبع انرژی آینده بشر است.
توانایی های لازم
فیزیک مهندسی رشته ی سختی است و اولین شرط موفقیت دانشجویان این است که دانشجو تمام وقت مفید خود را صرف مطالعه و تحقیق کند. داشتن پایه ی قوی در درس های فیزیک و ریاضیات لازم است؛ شرط دیگر، داشتن ایده و ابتکار برای حل مسائل فنی و صنعتی با استفاده از نتایج فیزیک است؛ مانند به کار بردن نتایج فیزیک حالت جامد در طراحی قطعات الکترونیک و کامپیوتر یا به کار بردن پلاسما و لیزر در صنعت.
فرصت های شغلی
در اکثر وسائل دقیق اندازه گیری از روش های فیزیکی یا حسگرها استفاده می شود که طراحی و ساخت آنها در حوزه ی فیزیک جدید است. همچنین قطعاتی که در الکترونیک و کامپیوتر به کار می روند و تهیه و توزیع خواص نانومواد به این رشته مربوط است.
ارائه ی ایده و طرح و آزمایش در این موارد و موارد مشابه از قابلیت های دانش آموختگان فیزیک مهندسی است. دانش آموختگان این رشته میتوانند در صنایع قطعات الکترونیک، صنایع اپتیک و لیزر، قطعات و اجزای کامپیوتر در مؤسسات دولتی و خصوصی مانند وزارت نیرو، مخابرات، انرژی اتمی، صنایع الکترونیک، صنایع اتومبیل سازی مشغول به کار شوند.
همچنین ساخت و بررسی تارهای اپتیکی که در مخابرات به کار می روند، تخصص در کاربردهای مختلف پلاسما و لیزر در صنعت و پزشکی، طراحی و ساخت لوازم اپتیکی، طراحی و ساخت لامپهای مختلف دشارپ الکتریکی، طراحی و ساخت آهنرباهای لازم در سیستمهای الکترومغناطیسی و کلیدهای خودکار از ضروریات صنعت کشورند که در حوزه ی تخصصی این رشته هستند.
درس های رشته فیزیک مهندسی در طول تحصیل:
دروس پایه مشترک بین تمام گرایش ها:
•فیزیک
•ریاضی
•معادلات دیفرانسیل
•ریاضی فیزیک
•کامپیوتر
•شیمی
•رسم فنی
•کارگاه.
دروس اصلی مشتر بین تمام گرایش ها:
•فیزیک مدرن کاربردی
•فیزیک مدرن
•اپتیک
•مکانیک تحلیلی
•الکترو و مغناطیس
•مکانیک کوانتوم و…
دروس تخصصی گرایش حالت جامد:
•فیزیک حالت جامد
•نیمه هادی ها
•مغناطیس و…
دروس تخصصی گرایش پلاسما:
•پلاسما
•کاربرد های پلاسما
•سیستم های تولید پلاسما و…
دیدگاهتان را بنویسید