فهرس المحتوى
- تعريف الكهرومغناطيسية
- مفهوم المجال الكهرومغناطيسي
- مفهوم الموجات الكهرومغناطيسية
- علم دراسة الكهرومغناطيسية
- العلماء المساهمين في نشأة وتطور الكهرومغناطيسية
- تطبيقات على الكهرومغناطيسية
- المراجع
تعريف الكهرومغناطيسية
تُعرف الكهرومغناطيسية (electromagnetism) بأنها العلم الذي يدرس الشحنة الكهربائية من حيث القوى والمجالات المرتبطة بها. هذا العلم يجمع بين علم الكهرباء وعلم المغناطيسية اللذان يشكلان معًا علمًا واحدًا متكاملًا.
في القرن التاسع عشر، كان يُنظر للكهرباء والمغناطيسية على أنهما علمان منفصلان، إلى أن جاء العالم ألبرت آينشتاين وأثبت في نظريته النسبية الخاصة أن الكهرباء والمغناطيسية ليست سوى جانب واحد لظاهرة موحدة واحدة وهي الكهرومغناطيسية.
مفهوم المجال الكهرومغناطيسي
المجال الكهرومغناطيسي (electromagnatic field) هو خاصية للفراغ تتولد نتيجة تحرك شحنة كهربائية. تُنتج الشحنة الكهربائية المتحركة مجالًا مغناطيسيًا.
يتفاعل المجال الكهربائي والمجال المغناطيسي مع بعضهما البعض لتشكيل مجال كهرومغناطيسي واحد. يمكن وصف هذا المجال تحت ظروف معينة بأنه موجة تنقل الطاقة الكهرومغناطيسية.
تتأثر الشحنة الموجودة في هذا المجال المغناطيسي بقوة تُسمى قوة لورنتز (Lorentz Force).
تُعد قوة لورنتز هي القوة المؤثرة على شحنة كهربائية تتحرك في مجال كهرومغناطيسي.
تكون هذه القوة في أقصى قوتها عندما تتحرك الشحنة بشكل عمودي على المجال المغناطيسي. تختفي هذه القوة إذا تحركت الشحنة بشكل موازٍ للمجال المغناطيسي.
مفهوم الموجات الكهرومغناطيسية
الموجات الكهرومغناطيسية (electromagnatic wave) هي موجات تتولد نتيجة التذبذب الحاصل بين المجال الكهربائي والمجال المغناطيسي. تتكون الموجات الكهرومغناطيسية عندما يتفاعل المجال الكهربائي مع المجال المغناطيسي.
يتعامد المجال الكهربائي والمجال المغناطيسي للموجة الكهرومغناطيسية على بعضهما البعض، كما أنهما متعامدان على اتجاه انتشار الموجة.
تنتقل الموجات الكهرومغناطيسية بسرعة الضوء، ولا تحتاج إلى وسط ناقل فهي قادرة على الانتقال عبر الهواء أو حتى عبر الفراغ.
تعتبر الموجات الكهرومغناطيسية موجات مستعرضة ويتم وصفها باتساعها وطولها الموجي.
علم دراسة الكهرومغناطيسية
يهتم علم الكهرومغناطيسية (Electromagnetism) بدراسة التفاعل بين المجال الكهربائي والمجال المغناطيسي. يركز العلم على كيفية حدوث هذا التفاعل والظواهر التي تنشأ نتيجة له.
تُعد القوى الكهربائية والمغناطيسية من القوى الأساسية الموجودة في الطبيعة. توجد هذه القوى في الفضاء بعيدًا عن الشحنة أو التيار الذي ولّدها.
من خلال دراسة الكهرومغناطيسية، لاحظ العلماء أن المجال الكهربائي والمجال المغناطيسي يمكن أن يولد أحدهما الآخر.
على سبيل المثال، عند تطبيق مجال مغناطيسي متغير، يُولد مجالًا كهربائيًا.
وبالمثل، فإن تطبيق مجال كهربائي متغير يُولد مجالًا مغناطيسيًا.
العلماء المساهمين في نشأة وتطور الكهرومغناطيسية
ساهم العديد من العلماء في دراسة الكهرباء والمغناطيسية وطوروا علم الكهرومغناطيسية إلى ما هو عليه اليوم. نذكر من أبرز هؤلاء العلماء:
أندريه ماري أمبير
أندريه ماري أمبير (Andre Marie Ampere) عالم فيزياء فرنسي أسس علم الديناميكا الكهربائية، المعروف الآن باسم الكهرومغناطيسية. سُميت وحدة قياس التيار الكهربائي الأمبير تكريمًا له.
أجرى أمبير العديد من التجارب لدراسة العلاقة بين الكهرباء والمغناطيسية. أظهر في تجاربه أن سلكين متوازيين يحملان تيارات كهربائية يتنافران أو ينجذبان إلى بعضهما البعض اعتمادًا على اتجاه التيار في كل سلك.
وضع أمبير صيغًا رياضية لشرح الظواهر الفيزيائية الناتجة عن هذه التجارب. أهم هذه التفسيرات هو قانون أمبير الذي ينص على أن التأثير المتبادل بين سلكين يحملان تيارًا كهربائيًا يتناسب مع أطوال هذين السلكين وشدَة التيار الكهربائي في السلكين.
هانز أورستد
هانز كريستيان أورستد (Hans Christian Orsted) عالم فيزيائي وكيميائي دنماركي اكتشف أن التيار الكهربائي المار في السلك يمكن أن يحرف إبرة البوصلة المغناطيسية.
أظهرت هذه الظاهرة أهمية كبيرة وألهمت العلماء بعده للعمل على تطوير النظرية الكهرومغناطيسية.
أجرى أورستد تجربة كشفت أن إبرة البوصلة المغناطيسية تتحرك وتثبت بشكل متعامد مع سلك يحمل تيارًا كهربائيًا. تُعَد هذه التجربة دليلًا تجريبيًا واضحًا على العلاقة بين الكهرباء والمغناطيسية.
مايكل فاراداي
مايكل فاراداي (Michael Faraday) عالم فيزيائي وكيميائي إنجليزي ساهم بشكل كبير في فهم الكهرومغناطيسية. يُعَد فاراداي أحد أعظم علماء القرن التاسع عشر.
سُميّت وحدة قياس السعة الكهربائية فاراد تكريمًا له.
كانت مساهمة فاراداي الرئيسية في مجال الكهرباء والمغناطيسية هي كونه أول من أنتج تيارًا كهربائيًا من مجال مغناطيسي.
اخترع فاراداي أول محرك كهربائي ودينامو.
أظهر العلاقة بين الكهرباء والترابط الكيميائي، واكتشف تأثير المغناطيسية على الضوء.
اكتشف فاراداي أيضًا وسمى المغناطيسية المعاكسة التي تفسر السلوك الغريب لبعض المواد في المجالات المغناطيسية القوية. قدم فاراداي الأساس التجريبي وقدرًا كبيرًا من الأساس النظري الذي اعتمد عليه جيمس كلارك ماكسويل لبناء نظرية المجال الكهرومغناطيسي الكلاسيكية.
أجرى فاراداي العديد من التجارب في مجال دراسة الكهرومغناطيسية، لا سيما في مجال الحث الكهرومغناطيسي. يُعبر عن الحث الكهرومغناطيسي فيزيائيًا بعلاقة كمية بين المجال المغناطيسي المتغير والمجال الكهربائي الناتج عن هذا المجال المتغير.
جيمس ماكسويل
جيمس كليرك ماكسويل (James Clerk Maxwell) عالم رياضيات وفيزيائي اسكتلندي معروف بصياغته لنظرية الكهرومغناطيسية.
يُعَد ماكسويل من قبل العديد من علماء الفيزياء المعاصرين هو عالم القرن التاسع عشر الذي كان له التأثير الأكبر على فيزياء القرن العشرين.
ظهر مفهوم الإشعاع الكهرومغناطيسي مع ماكسويل، ووضعت معادلات المجال الخاصة به بناءً على ملاحظات مايكل فاراداي لخطوط القوة الكهربائية والمغناطيسية. مهدت هذه المعادلات الطريق فيما بعد للنظرية النسبية الخاصة لآينشتاين ومعادلة تكافؤ الكتلة والطاقة.
كان لأفكار ماكسويل أيضًا تأثير في تطور فيزياء الكم. تنبأت نظرية ماكسويل بإمكانية توليد الموجات الكهرومغناطيسية في المختبر، وهو ما أثبته هيرتز بعد ذلك.
تُعَد معادلات ماكسويل الأربع وصفًا كاملاً لطرق توليد وترابط المجالات الكهربائية والمغناطيسية مع بعضها البعض.
استند ماكسويل في وصفه للمجالات الكهرومغناطيسية على هذه المعادلات الأربع. تُستخدم هذه المعادلات لايجاد المجالات الكهربائية الناتجة عن شحنة، أو حتى تلك الناتجة عن مجال مغناطيسي متغير (لحساب الحث الكهرومغناطيسي الذي أشار إليه فاراداي) وحساب المجالات المغناطيسية الدوارة الناتجة عن تغيير المجالات الكهربائية أو التيارات الكهربائية.
تطبيقات على الكهرومغناطيسية
تُستخدم الكهرومغناطيسية في العديد من التطبيقات والأجهزة التي يستخدمها الناس يوميًا وباستمرار في مختلف المجالات. من أبرز هذه التطبيقات:
- مجال الأجهزة المنزلية: مصابيح الفلورنست وأفران الميكرويف ومكبرات الصوت في الأجهزة الكهربائية جميعها تعمل على مبدأ الكهرومغناطيسية.
- مجال التطبيقات الصناعية: تعتمد العمليات الصناعية على المحركات والمولدات الكهربائية والرافعات وجميعها يعتمد على مبدأ الكهرومغناطيسية في عمله.
- بعض الأجهزة الطبية: جهاز الرنين المغناطيسي (MRI) الذي يستخدم الكهرومغناطيسية لتصوير التفاصيل الدقيقة داخل جسم الإنسان.
- أجهزة الاتصالات: تُستخدم الكهرومغناطيسية في عمل جميع أجهزة الاتصالات. يتم نقل المعلومات من جهاز إرسال إلى جهاز استقبال على شكل طاقة، وتنقل هذه الطاقة عبر مسافات طويلة من خلال الموجات الكهرومغناطيسية بترددات عالية. تُسمى هذه الموجات أيضًا باسم ميكروويف أو موجات الراديو عالية التردد.
المراجع
- Sharon Bertsch McGrayne, “electromagnetism”, Britannica, Retrieved 4/11/2021. Edited.
- Aakanksha Gaur, Adam Augustyn, Adam Zeidan, “electromagnetic-field”, britannica, Retrieved 22/11/2021. Edited.
- prof.mark warner, “lorentz force”, isaac physics, Retrieved 22/11/2021. Edited.
- “Definition of ‘Electromagnetic Waves'”, the economic times, Retrieved 4/11/2021. Edited.
- J.B. Shank, “André-Marie Ampère”, Britannica, Retrieved 4/11/2021. Edited.
- “Hans Christian Ørsted”, britannica, Retrieved 4/11/2021. Edited.
- L. Pearce Williams (18/9/2021), “Michael Faraday”, britannica, Retrieved 4/11/2021. Edited.
- “Faraday’s law of induction”, Britannica, Retrieved 4/11/2021. Edited.
- Cyril Domb (1/11/2021), “James Clerk Maxwell”, Britannica, Retrieved 4/11/2021. Edited.
- “Maxwell’s equations”, britannica, Retrieved 4/11/2021. Edited.
- “Applications of Electromagnetism”, electronics hub, 19/9/2015, Retrieved 4/11/2021. Edited.
