الکترومغناطیس: تفاوت میان نسخه‌ها

محتوای حذف‌شده محتوای افزوده‌شده
جزبدون خلاصۀ ویرایش
جز ویرایش به‌وسیلهٔ ابرابزار:
خط ۱:
{{الکترومغناطیس |cTopic= الکترومغناطیس}}
'''الکترومغناطیس''' {{انگلیسی|Electromagnetism}} شاخه‌ای از [[فیزیک]] است که به مطالعهٔ پدیده‌های [[الکتریسیته|الکتریکی]] و [[مغناطیس]]ی و ارتباط این دو با هم می‌پردازد. از طرفی نیروی الکترومغناطیسی 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 به‌به وسیلهٔ [[میدان الکترومغناطیسی|میدان‌های الکترومغناطیسی]] توصیف می‌شوند. الکترومغناطیس توصیفگر بیشتر پدیده‌هایی‌ست (به جز [[گرانش]]) که در زندگی روزمره اتفاق می‌افتند. الکترومغناطیس همچنین نیرویی‌ست که الکترون‌ها و پروتون‌ها را در داخل اتم‌ها کنار هم نگه می‌دارد. درحقیقت عامل همهٔ [[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 مربوطند. تغییر میدان الکتریکی با زمان، میدان مغناطیسی تولید می کندمی‌کند. همچنین تغییر میدان مغناطیسی با زمان، میدان الکتریکی تولید می‌کند. این اثر به نام القای الکترومغناطیسی شناخته می شودمی‌شود و اساس کار ژنراتورها، موتورهای الکتریکی و [[ترانسفورماتور|ترانسفورماتورها]]ها است. میدان‌میدان الکتریکی عامل چند پدیدهٔ معمول مانند پتانسیل الکتریکی (ولتاژ باتری) و جریان الکتریکی (جریان برق)، و میدان‌میدان مغناطیسی عامل رانش و ربایش [[آهنربا]]ها هستند. در [[الکترودینامیک کوانتومی]]، نیروی الکترومغناطیسی بین ذرات باردار را می‌توان از طریق روش [[نمودار فاینمن|نمودارهای فاینمن]] محاسبه کرد که در آن فرض می‌شود که [[ذرات پیام‌رسان|ذرات حامل]] (به نام [[فوتون|فوتون مجازی]]) بین ذرات باردار مبادله می‌شود.
 
مفاهیم نظری الکترومغناطیس منجر به ارائه نظریه نسبیت خاص توسط [[آلبرت اینشتین]] در سال ۱۹۰۵ شده‌است.
 
== تاریخچه الکترومغناطیس ==
در ابتدا تصور این بود که الکتریسیته و مغناطیس دو پدیده جدا از هم هستند. با انتشار رساله الکتریسیته و مغناطیس [[جیمز کلارک ماکسول]] در سال ۱۸۷۳ میلادی که در آن وی نشان داد تعامل بارهای مثبت و منفی توسط یک نیرو صورت می گیرد،می‌گیرد، این دیدگاه تغییر کرد. چهار اثر عمده ناشی از تداخل این دو وجود دارد که به وضوح توسط آزمایش‌ها نشان داده شده‌اند؛شده‌اند.
 
۱-# نیروی الکتریکی جذب یا دفع‌کننده بارها متناسب با معکوس مربع فاصله آنها است.
۲-# قطب هایقطب‌های 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 وابسته به جهت جریان است.
۲- قطب های مغناطیسی همیشه به صورت جفت توسط خطوط میدان مغناطیسی به هم متصل می‌شوند؛ قطب شمال مغناطیسی به قطب جنوب مغناطیسی متصل است.
۴-# هنگامی که یک حلقه سیم به سمت میدان مغناطیسی حرکت کند یا از آن دور شود، و یا اینکه میدان مغناطیسی به سمت حلقه نزدیک یا از آن دور شود، در حلقه جریان برقرار میشودمی‌شود و جهت آن وابسته به جهت حرکت است.
 
زمانی که [[هانس کریستین اورستد]] در حال آماده شدن برای یک سخنرانی در شب 21۲۱ آوریل سال 1820۱۸۲۰ میلادی بود، مشاهدات شگفت‌آوری کرد. او متوجه شد که سوزن قطب‌نما زمانی که جریان الکتریکی حاصل از باتری قطع و وصل می‌شد، 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. او یافته‌های خود را به چاپ رساند که نشان می‌داد جریان الکتریکی در اطراف یک سیم حامل جریان، تولید میدان مغناطیسی می‌کند. واحد القاء مغناطیسی Oersted است و به افتخار او نام‌گذاری شده‌است.
۳- جریان الکتریکی در سیم حامل جریان، میدان مغناطیسی دایره‌ای اطراف سیم ایجاد می‌کند، که جهت آن وابسته به جهت جریان است.
پدیده القای الکترومغناطیسی که بعدها توسط مایکل فارادی مشاهده شد، توسط جیمز کلارک ماکسول گسترش یافت و بخشی از آن دوباره توسط [[الیور هویساید]] و [[هاینریش هرتز]] فرمول‌بندی شد که یکی از بزرگ‌ترین دست‌آوردهای [[فیزیک ریاضی]] در قرن نوزدهم میلادی به‌ شماربه‌شمار می‌رود. از آن پس، الکترومغناطیس ٬همواره به عنوان مدلی برای توسعه فیزیک مطرح بوده‌است. [[پرونده:Bar magnet.jpg|بندانگشتی|202x202px]]
 
۴- هنگامی که یک حلقه سیم به سمت میدان مغناطیسی حرکت کند یا از آن دور شود، و یا اینکه میدان مغناطیسی به سمت حلقه نزدیک یا از آن دور شود، در حلقه جریان برقرار میشود و جهت آن وابسته به جهت حرکت است.
 
زمانی که [[هانس کریستین اورستد]] در حال آماده شدن برای یک سخنرانی در شب 21 آوریل سال 1820 میلادی بود، مشاهدات شگفت‌آوری کرد. او متوجه شد که سوزن قطب‌نما زمانی که جریان الکتریکی حاصل از باتری قطع و وصل می‌شد، 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. او یافته‌های خود را به چاپ رساند که نشان می‌داد جریان الکتریکی در اطراف یک سیم حامل جریان، تولید میدان مغناطیسی می‌کند. واحد القاء مغناطیسی Oersted است و به افتخار او نام‌گذاری شده‌است.
پدیده القای الکترومغناطیسی که بعدها توسط مایکل فارادی مشاهده شد، توسط جیمز کلارک ماکسول گسترش یافت و بخشی از آن دوباره توسط [[الیور هویساید]] و [[هاینریش هرتز]] فرمول‌بندی شد که یکی از بزرگ‌ترین دست‌آوردهای [[فیزیک ریاضی]] در قرن نوزدهم میلادی به‌ شمار می‌رود. از آن پس، الکترومغناطیس ٬همواره به عنوان مدلی برای توسعه فیزیک مطرح بوده‌است. [[پرونده:Bar magnet.jpg|بندانگشتی|202x202px]]
 
=== تاریخچه تجهیزات الکترومغناطیسی ===
سطر ۳۴ ⟵ ۳۰:
 
== الکترودینامیک کلاسیک ==
نظریه دقیق الکترومغناطیس، معروف به الکترومغناطیس کلاسیک، توسط فیزیکدانان قرن ۱۹ و در اوج کار جیمز کلرک ماکسول - که یکپارچه کننده پدیده هایپدیده‌های شناخته شده تا زمان خود به یک تئوری واحد و نیز کاشف ماهیت الکترومغناطیسی نور است - شکل گرفت. در الکترومغناطیس کلاسیک، میدان الکترومغناطیسی توسط مجموعه‌ای از معادلات شناخته شده به عنوان معادلات ماکسول، و نیز نیروی الکترومغناطیسی بیان شده توسط قانون نیروی لورنتس توصیف می‌شود. الکترومغناطیس کلاسیک به سختی با مکانیک کلاسیک سازگار است، اما با نسبیت خاص سازگار است. در معادلات ماکسول، سرعت نور در خلأ ثابت و تنها وابسته به گذردهی الکتریکی و نفوذپذیری مغناطیسی در خلأ است. این موضوع اما ناقض قوانین سرعت گالیله‌ای (سنگ بنای مکانیک کلاسیک) است. یک راه برای آشتی دادن دو نظریه، فرض وجود محیطی به نام "«اتر"» است که نور در آن حرکت می‌کند. با این حال، پس از تلاش‌های تجربی فراوان، وجود اتر اثبات نشد. پس از کمک‌های مهم هندریک لورنتس و هانری پوانکاره، در سال ۱۹۰۵ آلبرت اینشتین مشکل را با نسبیت خاص حل کرد که جایگزین جدید تئوری حرکت‌شناسی کلاسیک شد و با الکترومغناطیس کلاسیک سازگار بود. علاوه بر این، تئوری نسبیت نشان می‌دهد که میدان مغناطیسی در حال حرکت تبدیل به یک میدان الکتریکی غیر صفر و بالعکس می‌شود، بنابراین نشان می‌دهد که آنها دو طرف یک سکه هستند، و به این ترتیب اصطلاح "«الکترومغناطیس"» به این پدیده اطلاق شد.
 
=== نیروی لورنتس ===
سطر ۹۲ ⟵ ۸۸:
که <math>
\rho(r)
</math> چگالی بار و حاصل تقسیم بار الکتریکی کل بر حجم توزیع گسترده استگسترده‌است.
 
=== اختلاف پتانسیل الکتریکی ===
سطر ۲۹۳ ⟵ ۲۸۹:
 
== کتاب‌ها ==
# دیوید. جی. گریفیث(۱۹۹۸)، آشنایی با الکترودینامیک (ویرایش۳)، انتشارات مرکز نشر دانشگاهی {{شابک|978۹۷۸-964۹۶۴-01۰۱-1292۱۲۹۲-2۲}}
# جی. ریتس، میلفورد، کریستی(۱۹۶۵)الکترومغناطیس کلاسیک، انتشارات مرکز نشر دانشگاهی
# چنگ، دیوید کئون. الکترومغناطیس میدان و امواج. ترجمهٔ پرویز جبه‌دار مالارانی و محمد قوامی. مؤسسه انتشارات و چاپ دانشگاه تهران. پاییز ۱۳۷۹. چاپ ششم.