ویکی‌پدیا

الکترومغناطیس: تفاوت میان نسخه‌ها

نمایش تاریخچه به صورت تعاملی
→ تفاوت قدیمی‌ترتفاوت جدیدتر ←
محتوای حذف‌شده محتوای افزوده‌شده
دیداریویکی‌متن
ابرابزار، اصلاح املا
خط ۱:
{{الکترومغناطیس |cTopic= الکترومغناطیس}}
الکترومغناطیس شاخه‌ای از علم [[فیزیک]] است که به مطالعهٔ پدیده‌های [[الکتریسیته|الکتریکی]] و [[مغناطیس|مغناطیسی]] و ارتباط این دو با هم می‌پردازد. از طرفی یکی از چهار [[نیروهای بنیادی در فیزیک|نیروی بنیادی]] طبیعت است (سه نیروی دیگر [[نیروی هسته‌ای قوی]]، [[نیروی هسته‌ای ضعیف]] و [[گرانش]] هستند). در نظریهٔ الکترومغناطیس این نیروها به‌وسیلهٔ [[میدان الکترومغناطیسی|میدان‌های الکترومغناطیسی]] توصیف می‌شوند. الکترومغناطیس توصیفگر بیشتر پدیده‌هایی‌ست (به جز [[گرانش]]) که در زندگی روزمره اتفاق می‌افتد. الکترومغناطیس همچنین نیرویی‌ست که الکترون‌ها و پروتون‌ها را در داخل اتم‌ها پیش هم نگه می‌دارد. درحقیقت حامل همه‌ٔهمهٔ [[نیروی درون مولکولی|نیروهای درون مولکولی]]٬ نیروی الکترومغناطیسی است.
 
نیروی الکترومغناطیسی به دو صورت [[میدان الکتریکی|نیروی الکتریکی]] و [[میدان مغناطیسی|نیروی مغناطیسی]] بروز می‌کند که این دو جنبه‌های مختلف از یک چیز (نیروی الکترومغناطیسی) هستند و از این رو ذاتاً یه یکدیگر مربوط اند. تغییر میدان الکتریکی تولید میدان مغناطیسی و برعکس تغییر میدان مغناطیسی تولید میدان الکتریکی می‌کند. این اثر به نام القای الکترومغناطیسی شناخته شده است و اساس کار ژنراتورهای الکتریکی، موتورهای القایی و [[ترانسفورماتور|ترانسفورمرها]] می‌باشد. میدان‌های الکتریکی عامل چند پدیدهٔ الکتریکی معمول مانند پتانسیل الکتریکی (مانند ولتاژ باتری) و جریان الکتریکی (مانند جریان برق) و میدان‌های مغناطیسی عامل نیروی مربوط با [[آهنربا|آهنرباها]] هستند.
در [[الکترودینامیک کوانتومی]] ٬ نیروی الکترومغناطیسی بین ذرات باردار را می‌توان از طریق روش [[نمودار فاینمن|نمودارهای فاینمن]] محاسبه کرد که در آن تصور می‌شود که [[ذرات پیام‌رسان]] به نام [[فوتن مجازی]] بین ذرات باردار مبادله می‌شود.
 
مفاهیم نظری الکترومغناطیس منجر به توسعه نسبیت خاص توسط [[آلبرت اینشتین]] در سال ۱۹۰۵ شده‌است.
 
[[File:Lightnings sequence 2 animation.gif|thumb|الکتریسیته و مغناطیس سال‌ها پدیده‌هایی جدا از هم پنداشته می‌شدند و بعد از کشفیات [[مایکل فارادی]] و [[ماکسول]] بود که وحدت این دو نیرو مشخص گردید. پدیده‌های مرتبط با [[آهنربا]] و نیز [[آذرخش]] منشامنشأ الکترومغناطیسی دارند.|202x202px]]
 
== تاریخچه الکترومغناطیس ==
 
در ابتدا تصور بر این بود که الکتریسیته و مغناطیس به عنوان دو نیروی جدا از هم عمل می‌کنند. با این حال این تغییر دیدگاه، با انتشار رساله الکتریسیته و مغناطیس [[جیمز کلارک ماکسول]] در تاریخ '۱۸۷۳ است که در آن نشان داده می‌شود تعامل بارهای مثبت و منفی توسط یک نیرو تنظیم می‌شود. چهار اثر عمده ناشی از این تداخلات وجود دارد که به وضوح توسط آزمایش‌ها نشان داده شده‌اند:
۱-نیروی الکتریکی جذب و یا دفع کننده بارها توسط یک دیگر متناسب با معکوس مربع فاصله بین آن‌ها است.
۲-قطب مغناطیسی همیشه به صورت جفت توسط خطوط میدان مغناطیسی به هم متصل می‌شوند: قطب شمال مغناطیسی به قطب جنوب مغناطیسی متصل است.
۳-جریان الکتریکی در سیم حامل جریان، میدان مغناطیسی دایره‌ای اطراف سیم ایجاد می‌کند، که جهت آن بسته به جهت جریان است.
۴-هنگامی که حلقه سیم به سمت میدان مغناطیسی یا دور از میدان مغناطیسی حرکت کند و یا میدان مغناطیسی به سمت نزدیک شدن و یا دور شدن از آن نقل مکان کند، جهت آن بسته به جهت جریان در آن جنبش است. [[منابع-۱]]
 
زمانی که [[هانس کریستین اورستد]] در حال آماده شدن برای سخنرانی شب در ۱۸۲۰ آوریل ۲۱ بود، مشاهدات شگفت‌آوری کسب کرد . او متوجه شد که سوزن قطب‌نما زمانی که جریان الکتریکی حاصل از باتری روشن و خاموش می‌شد، از قطب مثیت منحرف می‌گردید. این انحراف او را متقاعد کرد که، میدان‌های مغناطیسی از طرف یک سیم حامل جریان الکتریکی تأثیر می‌پذیرد و رابطه مستقیم بین الکتریسیته و مغناطیس وجود دارد.
به زودی او یافته‌های خود را به چاپ رسانید که به نشان می‌داد جریان الکتریکی در اطراف یک سیم حامل جریان، تولید میدان مغناطیسی می‌کند. CGS واحد القاء مغناطیسی (oersted) است به نام و به افتخار او نام‌گذاری شده‌است.
این اتحاد که توسط مایکل فارادی مشاهده شد، توسط جیمز کلارک ماکسول گسترش یافت و بخشی از آن دوباره توسط [[الیور هویساید]] و [[هاینریش هرتز]] فرمول‌بندی شد ٬ یکی از بزرگ‌ترین دست‌آوردهای [[فیزیک ریاضی]] در قرن ۱۹ام به‌شمار می‌رود. از آن پس٬ الکترومغناطیس ٬همواره به عنوان مدلی برای توسعه فیزیک مطرح بوده است. [[File:Bar magnet.jpg|thumb|202x202px]]
 
=== تاریخچه تجهیزات الکترومغناطیسی ===
* ١٨٠٠ ۱۸۰۰. برای اولین بار [[آلساندرو ولتا|آلساندرو ولتای]] ایتالیایی از روی و نقره توان الکتریکی دائم (در مقابل جرقه یا الکتریستۀالکتریستهٔ دائم) تولید کرد.
* ١٨٢٠۱۸۲۰ [[هانس کریستین اورستد]] با مشاهدۀمشاهدهٔ تغییر جهت قطب‌نما با جریان الکتریکی میدان مغناطیسی را پیدا کرد. این اولین جابه‌جایی مکانیکی با جریان الکتریکی بود.
* ١٨٢٠ ۱۸۲۰ آندره ماری آمپر سیم پیچ استوانه‌ای را اختراع کرد.
* ١٨٢١۱۸۲۱ مایکل فارادی دو آزمایش برای نشان دادن چرخش مغناطیسی طراحی کرد. او یک سیم آویزان را در معرض میدان مغناطیسی قرار داد و چرخش آن در یک مدار دوار را مشاهده کرد.
* ١٨٢٢۱۸۲۲ پیتر بارلو (انگلیسی) چرخ نخ‌ریسی را اختراع کرد. (چرخ بارلو = ماشین تک قطبی).
* ١٨٢٦- ١٨٢٥۱۸۲۶–۱۸۲۵ ولیام استراگن (انگلیسی) آهنربای الکتریکی را اختراع کرد، که یک سیم پیچ با هسته آهنی به منظور افزایش میدان مغناطیسی بود.
* ١٨٢٧-١٨٢٨۱۸۲۷–۱۸۲۸ ایستوان (آنیوس) جدلیک (مجارستانی) اولین ماشین‌های دوار با برق و [[کموتاتور]] را اختراع کرد. اما او چنین سال پس از اختراع به فکر ثبتش افتاد و تاریخ دقیق آن مشخص نیست.
* ١٨٣١ ۱۸۳۱ [[مایکل فارادی]] القای الکترومغناطیسی را کشف کرد. یعنی تولید جریان الکتریکی از تغییر میدان مغناطیسی (واکنش کشف اورستد).<ref>[http://www.eti.kit.edu/english/1376.php اختراع موتور الکتریکی]</ref>
 
== بررسی اجمالی ==
نیروی الکترومغناطیسی یکی از ۴ نیروهای بنیادی طبیعت است. نیروی الکترومغناطیس توصیف‌گر بیشتر پدیده‌هایی است (به جز گرانش) که در زندگی روزمره اتفاق می‌افتد. الکترومغناطیس همچنین نیرویی است که الکترون‌ها و پروتون‌ها را در داخل اتم‌ها پیش هم نگه می‌دارد.▼
 
▲نیروی الکترومغناطیسی یکی از ۴ نیروهای بنیادی طبیعت است. نیروی الکترومغناطیس توصیف‌گر بیشتر پدیده‌هایی است (به جز گرانش) که در زندگی روزمره اتفاق می‌افتد.الکترومغناطیس همچنین نیرویی است که الکترون‌ها و پروتون‌ها را در داخل اتم‌ها پیش هم نگه می‌دارد.
 
== الکترودینامیک کلاسیک ==
سطر ۳۹ ⟵ ۳۸:
 
=== نیروی لورنتس ===
 
:نیروی لورنتس توسط میدان الکترومغناطیسی به ذرهٔ باردار متحرک داخل میدان وارد می‌شود که رابطهٔ آن به صورت زیر است
:<math>
\mathbf{F} = q\mathbf{E} + q\mathbf{v} \times \mathbf{B}
</math>
به طوری‌که "F" نشان دهندهٔ بردار نیرو، "q" مقدار بار الکتریکی ذرهٔ متحرک در میدان ،میدان، "E" مقدار میدان الکتریکی ،الکتریکی، "V" بردار سرعت ذرهٔ متحرک در میدان و "B" بردار میدان مغناطیسی می‌باشد.
 
=== میدان الکتریکی '''E' ===
 
=== میدان الکتریکی E ===
:[[میدان الکتریکی]] '''E''' طبق رابطهٔ زیر تعریف می‌شود
 
:<math>
سطر ۵۴ ⟵ ۵۱:
</math>
 
که "q<sub>0</sub>" نشان دهندهٔ بار مثبت آزمون ،آزمون، "F" بردار نیروی الکتریکی وارد بر ذرهٔ باردار ،باردار، "E" بردار میدان الکتریکی می‌باشد.
:حال در شرایط الکتروستاتیک که ذرات باردار ٬ ساکن هستند طبق [[قانون کولن]] برای n ذرهٔ باردار می‌توان نشان داد که میدان الکتریکی به صورت زیر بدست می‌آید:
<math>\mathbf{E} = \frac{1}{4 \pi \epsilon_0 } \sum_{i=1}^{n} \frac{q_i \left( \mathbf{r} - \mathbf{r}_i \right)} {\left| \mathbf{r} - \mathbf{r}_i \right|^3}</math>
 
که n تعداد ذرات باردار ،باردار، ''q<sub>i</sub>'' بار هر ذره ,ذره، '''r'''<sub>''i''</sub>موقعیت هر ذره ،ذره، '''r''' فاصله از میدان الکتریکی و ''ε''<sub>0</sub> ثابت الکتریکی می‌باشد.
 
: حال برای یک توزیع بار گسترده خواهیم داشت
سطر ۶۷ ⟵ ۶۴:
 
=== اختلاف پتانسیل الکتریکی ===
می‌توان کمیتی اسکالر به نام پتانسیل الکتریکی اسکالر ''φ'' برای میدان الکتریکی تعریف کرد. در شرایط الکتروستاتیک٬ به دلیل صفر بودن چرخش میدان الکتریکی ٬ که ناشی از [[نیروی مرکزگرا|ماهیت مرکزی نیرو]] در قانون کولن است) منفی گرادیان ''φ'' برابر خواهد بود با میدان الکتریکی '''E''' یعنی ( در خالت الکتروستاتیک) می‌شود نوشت:
:<math>
\mathbf{E} = -\nabla \varphi
</math>
 
از این رابطه می‌توان بعد "E" را بصورت V/m (ولت بر متر) نیز نشان داد.
با اعمال [[قضیه استوکس]] می‌توان نشان داد که اختلاف پتانسیل بین دو نقطه:
 
:<math>\varphi_\mathbf{E} = - \int_C \mathbf{E} \cdot \mathrm{d}\mathbf{l} \, ,</math>
سطر ۸۴ ⟵ ۸۱:
</math>
 
که ''q'' بار ذره٬ ''r''<sub>''q''</sub> موقعیت هر ذره، ''r'' فاصله از بار الکتریکی و ''ε''<sub>0</sub> ثابت الکتریکی می‌باشد. در شرایطی که بار می‌تواند آزادانه حرکت کند (حالت غیر ایستا)٬ این رابطه با [[پتانسیل لینارد-ویشرت]] جایگزین می‌گردد.
 
که همانند قبل برای یک توزیع بار پیوسته خواهیم داشت:
سطر ۹۵ ⟵ ۹۲:
 
== دستگاه یکاها ==
در دستگاه یکاهای SI ٬ یکاهای کمیت‌های الکترومغناطیسی عبارتند از :
* آمپر (جریان)
* کولن (شارژ)
* فاراد (خازن)
* هنری (اندوکتانس)
* اهم (مقاومت)
* ولت (پتانسیل الکتریکی)
* وات (قدرت)
* تسلا (میدان مغناطیسی)
* وبر (شار)
 
روابط الکترومغناطیس در دستگاه‌های یکاهای مختلف شکل یکسانی ندارند ودر نتیجه تبدیل آن‌ها از دستگاهی به دستگاه دیگر ٬مانند برای مثال٬ قوانین نیوتن٬ ساده نیست. برای دیدن روابط الکترومغناطیس در دستگاه یکاهای گوناگون به [[معادلات ماکسول]] رجوع کنید.
سطر ۱۱۰ ⟵ ۱۰۷:
= جدول یکاها =
{| class="wikitable"
! colspan="5" | {{tnavbar-header|[[SI]] یکا هاییکاهای الکترومغناطیس در |SI یکا هاییکاهای الکترومغناطیس}}
|-
!نماد<ref>{{GreenBookRef2nd|pages=14–15}}</ref>
سطر ۱۱۸ ⟵ ۱۱۵:
!یکا پایه
|-
| ''I''
| [[جریان الکتریکی]]
| [[آمپر]] ([[دستگاه بین‌المللی یکاها#یکاها|یکای اصلی SI]])
سطر ۱۲۸ ⟵ ۱۲۵:
| [[کولن]]
| C
| A·s
|-
| ''U'', Δ''V'', Δ''φ''; ''E''
سطر ۱۴۴ ⟵ ۱۴۱:
| ''ρ''
| [[مقاومت ویژه]]
| [[اهم|اهم]]. متر
| Ω·m
| kg·m<sup>3</sup>·s<sup>−3</sup>·A<sup>−2</sup>
سطر ۱۹۷ ⟵ ۱۹۴:
|-
| '''''B'''''
| [[چگالی شار مغناطیسی|القاء مغناطیسی]]
| [[تسلا (یکا)|تسلا]]
| T
سطر ۲۰۹ ⟵ ۲۰۶:
|-
| '''''H'''''
| [[میدان مغناطیسی]]
| [[آمپر بر متر]]
| A/m
سطر ۲۲۲ ⟵ ۲۱۹:
| ''μ''
| [[نفوذ پذیری]]
| [[هنری (یکا)|هنری در متر]]
| H/m
| kg·m·s<sup>−2</sup>·A<sup>−2</sup>
سطر ۲۴۳ ⟵ ۲۴۰:
{{پانویس}}
{{آغاز چپ‌چین}}
Nave, R. , Magnetic Field Strength H, retrieved ۲۰۰۷-۰۶-۰۴<br/>۲۰۰۷–۰۶–۰۴{{سخ}}
Keitch, Paul ([dead link] – Scholar search), Magnetic Field Strength and Magnetic Flux Density, retrieved ۲۰۰۷-۰۶-۰۴<br/>۲۰۰۷–۰۶–۰۴{{سخ}}
Oppelt, Arnulf (۲۰۰۶-۱۱-۰۲۲۰۰۶–۱۱–۰۲), magnetic field strength, retrieved ۲۰۰۷-۰۶-۰۴<br/>۲۰۰۷–۰۶–۰۴{{سخ}}
magnetic field strength converter, retrieved ۲۰۰۷-۰۶-۰۴<br/>۲۰۰۷–۰۶–۰۴{{سخ}}
{{پایان چپ‌چین}}
 
== کتاب‌ها ==
# دیوید.جی .گریفیث(۱۹۹۸)، آشنایی با الکترودینامیک (ویرایش۳)، انتشارات مرکز نشر دانشگاهی ISBN:978-964-01-1292-2
# دیوید. جی.ریتس، میلیفورد، کریستیگریفیث(۱۹۶۵۱۹۹۸)الکترومغناطیس، کلاسیک،آشنایی با الکترودینامیک (ویرایش۳)، انتشارات مرکز نشر دانشگاهی ISBN:978ISBN978-964-0201-13421292-2
# جی. ریتس، میلیفورد، کریستی(۱۹۶۵)الکترومغناطیس کلاسیک، انتشارات مرکز نشر دانشگاهی ISBN978-964-02-1342-2
# چنگ، دیوید کئون. الکترومغناطیس میدان و امواج. ترجمهٔ پرویز جبه‌دار مالارانی و محمد قوامی. موسسهمؤسسه انتشارات و چاپ دانشگاه تهران. پاییز ۱۳۷۹. چاپ ششم.ISBN 964-63-3925-3
 
{{زیرنویس-فیزیک}}
برگرفته از «https://fa.wikipedia.org/wiki/الکترومغناطیس»