ویکی‌پدیا

الکترومغناطیس: تفاوت میان نسخه‌ها

نمایش تاریخچه به صورت تعاملی
→ تفاوت قدیمی‌ترتفاوت جدیدتر ←
محتوای حذف‌شده محتوای افزوده‌شده
دیداریویکی‌متن
Rezabot (بحث | مشارکت‌ها)
ربات‌ها، مدیران رباتیک
۴٬۴۱۱٬۲۶۸ ویرایش‌ها
FARSHIDRABBANI (بحث | مشارکت‌ها)
۲۳۶ ویرایش‌ها
اصلاح ظاهری فرمول‌ها و یکاها
خط ۱۵:
 
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 مثبت 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 (oerstedOersted) 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 بوده‌است. [[پرونده:Bar magnet.jpg|بندانگشتی|202x202px]]
 
=== تاریخچه تجهیزات الکترومغناطیسی ===
* ۱۸۰۰.: برای اولین بار [[آلساندرو ولتا]]ی ایتالیایی از روی و نقره توان الکتریکی دائم (در مقابل جرقه یا الکتریستهٔ دائم) تولید کرد.
* ۱۸۲۰: [[هانس کریستین اورستد]] با مشاهدهٔ تغییر جهت قطب‌نما با جریان الکتریکی میدان مغناطیسی را پیدا کرد. این اولین جابه‌جایی مکانیکی با جریان الکتریکی بود.
* ۱۸۲۰: آندره ماری آمپر سیم پیچ استوانه‌ای را اختراع کرد.
* ۱۸۲۱: 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.
* ۱۸۲۲: پیتر بارلو (انگلیسی) چرخ نخ‌ریسی را اختراع کرد. (چرخ بارلو = ماشین تک قطبی).
* ۱۸۲۶–۱۸۲۵: ولیام استراگن (انگلیسی) آهنربای الکتریکی را اختراع کرد، که یک سیم پیچ با هسته آهنی به منظور افزایش میدان مغناطیسی بود.
* ۱۸۲۷–۱۸۲۸: 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.
* 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. این نیرو در انرژی‌های بسیار بالا، با نیروی هسته‌ای قوی متحد می‌شود که با نام نیروی الکترو-قوی شناخته می‌شود.
 
== الکترودینامیک کلاسیک ==
خط ۳۶:
 
=== نیروی لورنتس ===
:نیروی لورنتس توسط میدان الکترومغناطیسی به ذرهٔ باردار متحرک داخل میدان وارد می‌شود که رابطهٔ آن به صورت زیر است:
 
:<math>
<math>
\mathbf{F} = q\mathbf{E} + q\mathbf{v} \times \mathbf{B}
{F} = q{E} + q{v} \times {B}
</math>
به‌طوری‌که "F" نشان دهندهٔ بردار نیرو، "q" مقدار بار الکتریکی ذرهٔ متحرک در میدان، "E" مقدار میدان الکتریکی، "V" بردار سرعت ذرهٔ متحرک در میدان و "B" بردار میدان مغناطیسی می‌باشد.
 
به‌طوری‌که <math>
=== میدان الکتریکی E ===
F
:[[میدان الکتریکی]] '''E''' طبق رابطهٔ زیر تعریف می‌شود
</math>نشان دهندهٔ بردار نیرو، <math>
q
</math>مقدار بار الکتریکی ذره متحرک در میدان، <math>
E
</math>مقدار میدان الکتریکی، <math>
v
</math>بردار سرعت ذرهٔ متحرک در میدان و <chem>B</chem>بردار میدان مغناطیسی می‌باشد.
 
=== میدان الکتریکی <math>
:<math>
(E)
\mathbf{F} = q_0 \mathbf{E}
</math> ===
[[میدان الکتریکی]] <math>(E)</math> طبق رابطهٔ زیر تعریف می‌شود:
 
<math>
{F} = {E}{q_0}
</math>
 
که <math>
که "q<sub>0</sub>" نشان دهندهٔ بار مثبت آزمون، "F" بردار نیروی الکتریکی وارد بر ذرهٔ باردار، "E" بردار میدان الکتریکی می‌باشد.
q_0
: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>نشان دهندi بار مثبت آزمون، <math>
<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>
F
</math>بردار نیروی الکتریکی وارد بر ذره باردار و <math>
E
</math>بردار میدان الکتریکی می‌باشد.
 
حال در شرایط الکتروستاتیک که ذرات باردار ساکن هستند، طبق [[قانون کولن]] برای n ذره باردار می‌توان نشان داد که میدان الکتریکی به صورت زیر بدست می‌آید:
که n تعداد ذرات باردار، ''q<sub>i</sub>'' بار هر ذره، '''r'''<sub>''i''</sub>موقعیت هر ذره، '''r''' فاصله از میدان الکتریکی و ''ε''<sub>0</sub> ثابت الکتریکی می‌باشد.
 
<math>{E} = \frac{1}{4 \pi \varepsilon_0 } \sum_{i=1}^{n} \frac{q_i \left({r} - {r}_i \right)} {\left| {r} - {r}_i \right|^3}</math>
: حال برای یک توزیع بار گسترده خواهیم داشت
 
که <math>
:<math>\mathbf{E} = \frac{1}{ 4 \pi \epsilon_0 } \int \frac{\rho(\mathbf{r}) \hat{\mathbf{r}}}{r^2} \mathrm{d}V</math>
n
</math>تعداد ذرات باردار، <math>
q_i
</math>بار هر ذره، <math>
r_i
</math>موقعیت هر ذره، '''<math>
r
</math>''' فاصله از میدان الکتریکی و <math>
\varepsilon_0
</math>[[ثابت گذردهی خلأ|ثابت گذردهی خلاء]] می‌باشد.
 
حال برای یک توزیع بار گسترده خواهیم داشت:
که ('''ρ'' ('''r'' [[چگالی جریان]] است حاصل تقسیم بار الکتریکی کل بر حجم توزیع گسترده می‌باشد.
 
:<math>{E} = \frac{1}{ 4 \pi \varepsilon_0 } \int \frac{\rho({r}) \hat{{r}}}{r^2} {d}V</math>
 
که <math>
\rho(r)
</math>[[چگالی جریان]] است حاصل تقسیم بار الکتریکی کل بر حجم توزیع گسترده می‌باشد.
 
=== اختلاف پتانسیل الکتریکی ===
می‌توان کمیتی اسکالر به نام پتانسیل الکتریکی اسکالر ''φ'' <math>
(\varphi)
</math>برای میدان الکتریکی تعریف کرد. در شرایط الکتروستاتیک، به دلیل صفر بودن چرخش میدان الکتریکی،الکتریکی (که ناشی از [[نیروی مرکزگرا|ماهیت مرکزی نیرو]] در قانون کولن است) منفی گرادیان ''φ'' <math>
(\varphi)
</math>برابر خواهد بود با میدان الکتریکی '''<math>
(E''')
</math>. یعنی (در خالت الکتروستاتیک) می‌شود نوشت:
 
:<math>
<math>
\mathbf{E} = -\nabla \varphi
{E} = -\nabla \varphi
</math>
 
از این رابطه می‌توان بعد "E" را بصورت V/m (ولت بر متر) نیز نشان داد.<math>
E
با اعمال [[قضیه استوکس]] می‌توان نشان داد که اختلاف پتانسیل بین دو نقطه:
</math>را بصورت <math>
V \over m
</math>(ولت بر متر) نیز نشان داد. با اعمال [[قضیه استوکس]] می‌توان نشان داد که اختلاف پتانسیل بین دو نقطه برابر است با:
 
<math>\varphi_{E} = - \int_C {E} \cdot {d}{l}</math>
 
که <math>
:<math>\varphi_\mathbf{E} = - \int_C \mathbf{E} \cdot \mathrm{d}\mathbf{l} \, ,</math>
C
</math>مسیری است که روی آن از میدان انتگرال گرفته می‌شود.
 
برای یک بار نقطه‌ای ساکن می‌توان نشان داد که اختلاف پتانسیل الکتریکی از طریق رابطهه زیر بدست می‌آید:
که C مسیری است که روی آن از میدان، انتگرال گرفته می‌شود.
 
<math>
برای یک بار نقطه‌ای ساکن می‌توان نشان داد که اختلاف پتانسیل الکتریکی از طریق رابطهٔ زیر بدست می‌آید:
\varphi = \frac{q}{ 4 \pi \varepsilon_0 \left| {r} - {r}_q \right|}
:<math>
\varphi = \frac{q}{ 4 \pi \epsilon_0 \left| \mathbf{r} - \mathbf{r}_q \right|}
</math>
 
که <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.
q
</math>بار ذره، <math>
r_q
</math>موقعیت هر ذره، <math>
r
</math>فاصله از بار الکتریکی و <math>
\varepsilon_0
</math>ثابت [[گذردهی خلاء]] 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:
 
<math>
که همانند قبل برای یک توزیع بار پیوسته خواهیم داشت:
\varphi = \frac{1}{4 \pi \varepsilon_0}
:<math>
\varphi =int \frac{1\rho({r})}{4r} \pi \epsilon_0{d}V
\int \frac{\rho(\mathbf{r})}{r}\, \mathrm{d}V
</math>
 
که <math>
که ('''ρ'' ('''r'' [[چگالی جریان]] است حاصل تقسیم بار الکتریکی کل بر حجم توزیع گسترده می‌باشد.
\rho(r)
</math>[[چگالی جریان]] است (حاصل تقسیم بار الکتریکی کل بر حجم توزیع گسترده).
 
== دستگاه یکاها ==
در دستگاه یکاهای SI،[[SI]]، یکاهای کمیت‌های الکترومغناطیسی عبارتند از:
* آمپر (جریان)
* کولن (شارژ)
سطر ۱۰۱ ⟵ ۱۵۵:
* وبر (شار)
 
روابط الکترومغناطیس در دستگاه‌های یکاهای مختلف شکل یکسانی ندارند و در نتیجه تبدیل آن‌ها از دستگاهی به دستگاه دیگر ٬ماننددیگر، برای مثال،مثال قوانین نیوتن، ساده نیست. برای دیدن روابط الکترومغناطیس در دستگاه یکاهای گوناگون به [[معادلات ماکسول]] رجوع کنید.
 
== جدول یکاها ==
{| class="wikitable"
! colspan="5" | {{tnavbar-header|یکاهای الکترومغناطیس در [[SI]] |یکاهای الکترومغناطیس در |SI یکاهای الکترومغناطیس}}
|-
!نماد<ref>{{GreenBookRef2nd|pages=14–15}}</ref>
سطر ۱۲۵ ⟵ ۱۷۹:
| A·s
|-
| ''U'', Δ''VΔV'', Δ''φΔφ'';, ''EΔE''
| [[اختلاف پتانسیل]];، [[نیروی الکتروموتوری]]
| [[ولت]]
| V
| J/C = kg·m<sup>2</sup>·s<sup>−3</sup>·A<sup>−1</sup>
|-
| ''R'';, ''Z'';, ''X''
| [[مقاومت و رسانایی الکتریکی|مقاومت الکتریکی]];، [[امپدانس الکتریکی|امپدانس]];، [[مقاومت القایی|راکتانس]]
| [[اهم (یکا)|اهم]]
| Ω
سطر ۱۵۵ ⟵ ۲۰۹:
| C/V = kg<sup>−1</sup>·m<sup>−2</sup>·A<sup>2</sup>·s<sup>4</sup>
|-
| '''E'''
| [[میدان الکتریکی]]
| [[ولت]] بر متر
سطر ۱۶۱ ⟵ ۲۱۵:
| N/C = kg·m·A<sup>−1</sup>·s<sup>−3</sup>
|-
| '''''D'''''
| [[میداتمیدان جابه‌جایی]]
| [[کولن]] بر متر مربع
| C/m<sup>2</sup>
| A·s·m<sup>−2</sup>
|-
| ''ε<sub>0</sub>''
| [[ثابت گذردهی خلأ|ثابت گذردهی خلاء]]
| [[فاراد]] بر متر
| F/m
| kg<sup>−1</sup>·m<sup>−3</sup>·A<sup>2</sup>·s<sup>4</sup>
|-
| ''χ''x<sub>e</sub>''
| [[پذیرفتاری الکتریکی]]
| (بدون بعد)
سطر ۱۷۹ ⟵ ۲۳۳:
| -
|-
| ''G'';, ''Y'';, ''B''
| [[رسانایی الکتریکی]]; [[رسانایی]]
| [[زیمنس (یکا)|زیمنس]]
| S
سطر ۱۹۱ ⟵ ۲۴۵:
| kg<sup>−1</sup>·m<sup>−3</sup>·s<sup>3</sup>·A<sup>2</sup>
|-
| ''B'''B', ''H''
| [[چگالی شار مغناطیسی|القاءمیدان مغناطیسی]]
| [[تسلا (یکا)|تسلا]]
| T
| Wb/m<sup>2</sup> = kg·s<sup>−2</sup>·A<sup>−1</sup> = N·A<sup>−1</sup>·m<sup>−1</sup> = A·m<sup>−1</sup>
|-
| ''Φφ''
| [[شار مغناطیسی]]
| [[وبر (یکا)|وبر]]
سطر ۲۰۳ ⟵ ۲۵۷:
| V·s = kg·m<sup>2</sup>·s<sup>−2</sup>·A<sup>−1</sup>
|-
| ''M'''H', ''L''
| [[میدان مغناطیسی]]
| [[آمپر بر متر]]
| A/m
| A·m<sup>−1</sup>
|-
| ''L'', ''M''
| [[ظرفیت القاء مغناطیسی]]
| [[هنری (یکا)|هنری]]
سطر ۲۲۱ ⟵ ۲۶۹:
| kg·m·s<sup>−2</sup>·A<sup>−2</sup>
|-
| ''χx''
| [[پذیرفتاری مغناطیسی]]
 
| (بدون بعد)
| -
برگرفته از «https://fa.wikipedia.org/wiki/الکترومغناطیس»