| كهرومغناطيسية | ||||||
 |
||||||
كهرباء • مغناطيسية
|
||||||
ينشأ الحقل الكهربائي عن الشحن الكهربائية الساكنة التي تسبب القوى الكهربائية المسؤولة عن الكهرباء الساكنة و المحددة بقانون كولون. تقود هذه الحقول الكهربائية أيضا إلى جريان التيار الكهربائي في الموصلات الكهربائية . أما الحقل المغناطيسي فهو ينتج عم المغانط المختلفة اضافة للشحن الكهربائية المتحركة ، فعندما تسير شحنة كهربائية ضمن تيار كهربائي ينشأ عنها حقل مغناطيسي محيط بها. لذلك يصعب فصل هذين الحقلين عن بعضهما البعض في الكثير من الحالات .
التاريخ
في عام 1820م، اكتشف العالم الدنماركي هانز أورستد أن أي موصل يحمل تيارًا كهربائيًا يُحاط بمجال مغنطيسي. فعندما أحضر إبرة ممغنطة ووضعها بالقرب من سلك يمر به تيار كهربائي تحركت الإبرة، ونظرًا لأن الإبرة الممغنطة لاتتحرك إلا بتأثير قوة مغنطيسية فإن التجربة أوضحت أن التيار الكهربائي ينتج مجالاً مغنطيسيًا.
أعلن العالم الفرنسي أندريه ماري أمبير في العشرينيات من القرن التاسع عشر الميلادي أن التيار الكهربائي هو المسؤول عن إنتاج كل المغنطيسية. واستنتج أن المغانط الدائمة تسري بداخلها تيارات ضئيلة. وقاد العمل الذي قام به كل من أورستد وأمبير إلى تطوير المغنطيس الكهربائي الذي يُستخدم في بعض الأجهزة، كالتلغراف، وجرس الباب. وتتكون معظم المغانط الكهربائية من سلك لولبي ملفوف حول قلب حديدي. ويتمغنط المغنطيس الكهربائي في نفس اللحظة التي يمر فيها تيار كهربائي خلال السلك. وإذا عكس اتجاه مرور التيار الكهربائي انعكست إشارة الأقطاب المغنطيسية المتكونة فيصبح الشمالي جنوبيًا والجنوبي شماليًا.
نتج المغنطيسية تيارًا كهربائيًا بوساطة الحث (التأثير) الكهرومغنطيسي. وقد اكتشف العالم الإنجليزي مايكل فارادي والعالم الفيزيائي الأمريكي جوزيف هنري، كل على حدة، الحث الكهرومغنطيسي عام 1831م. وفي الحث الكهرومغنطيسي يقوم أي مجال مغنطيسي متغير بإنتاج مجال كهربائي داخل موصل. فعلى سبيل المثال، تسبب حركة مغنطيس داخل لفيفة من السلك تغيُّر فرق الجهد من نقطة إلى أخرى على طول السلك. ويمر تيار في السلك طالما ظلت كمية المغنطيسية متغيرة. ويُعتبر الحث الكهرومغنطيسي أساس عمل المولد الكهربائي. أما في المحرك الكهربائي فتنعكس هذه العملية، إذ يقوم التيار المار خلال السلك بإنشاء مجال مغنطيسي يُسبب حركة السلك.
وفي عام 1864م، استخدم جيمس كلارك ماكسويل التجارب السابقة ليُبين أن المجالين الكهربائي والمغنطيسي يعملان معًا على إنتاج طاقة إشعاعية في شكل موجات كهرومغنطيسية. وأثبت العالم الفيزيائي الألماني هينريتش هرتز، صحة ما توصل إليه ماكسويل عندما اكتشف الموجات الكهرومغنطيسية بعد عشرين سنة. [1].
المغناطيس الكهربائي
المغناطيس الكهربائي عبارة عـن مغنطيس تتولد فيه المغنطيسية فقـط بسـبب تـدفق تيـار كهربي خلال سلك ما. وعادة ما تـُصنع المغنطيسـات الكهربيـة من ملف من السلك بعدد لفات كبير لزيادة التأثير المغنطيسي. ويُمكن زيادة المجال المغنطيسي الذي ينتجه الملـف بـوضع مـادة مغنطيسـية، كـقضيب حـديدي، داخل الملف. ويتسـبب التيار المار خلال الملف في تحول الحديد إلى مغنطيس مؤقت.
توليد مجال كهرومغنطيسي
عندما يمر تيار كهربي خلال جزء من السلك فإنه يتولد مجال مغنطيسي حوله. عنـد لـف السلك حول قطعة من المعدن، مع ترك القطبيـن الشـمالي والجـنوبي مكشـوفين يتمغنط المعـدن، بحيث يصبح مغنطيسًا كهربيًا. وعادة ما يستخدم تجار الحديد الخردة مغنطيسات كهربية ضخمة لالتقاط السـيارات القديمـة، وعند فصل التيار الكهربي عن المغنطيس فإنه يفقد قوته ويمكن إسقاط السيارة في مكان آخر.
الموجات الكهرومغنطيسية
ينتقل الضوء، والموجات اللاسلكية، وأشعة إكس، وصـور الطاقـة الإشعاعي الأخرى خلال الفضاء كموجــــات طاقــــة تـســـمى الموجـــات الكهرومغنطيسية. ولتلك الموجات قمة وقاع، تمامًا كالأمواج التي تتكون عندما نلقي بحجر في الماء الساكن. وتُـسمى المسافة بين قمـم الموجات بطول الموجة، وتقاس بالمتر. ويُـسمى عدد الموجات فـي الثانيـة بـالتردد ويقـاس بـالهرتز. وتنتقـل جـميع الموجات الكهرومغنطيسية بسرعة الضوء، وهي تردد موجة كهرومغنطيسية مضروبًا في طول الموجة نفسها.
| وحدات كهرومغنطيسية القياسية | ||||
|---|---|---|---|---|
| رمز الكمية | الكمية | الواحدة | رمز الواحدة | الأبعاد |
| I | التيار | أمبير (وحدات قياسية) | A | A |
| Q | شحنة كهربائية, كمية الكهرباء | كولون | C | A·s |
| U | فرق الكمون | فولت | V | J/C = kg·m2·s−3·A−1 |
| R، Z، X | مقاومة، معاوقة، مفاعلة | أوم | Ω | V/A = kg·m2·s−3·A−2 |
| ρ | مقاومية | أوم متر | Ω·m | kg·m3·s−3·A−2 |
| الإستطاعة الكهربائية | واط | W | V·A = kg·m2·s−3 | |
| سعة كهربائية | فاراد | F | C/V = kg−1·m−2·A2·s4 | |
| Elastance | مقلوب الفاراد | F−1 | kg·m2·A−2·s−4 | |
| نفوذية | فاراد على متر | F/m | kg−1·m−3·A2·s4 | |
| موصلية, Admittance, Susceptance | سيمنز | S | Ω−1 = kg−1·m−2·s3·A2 | |
| موصلية | سيمنز في متر | S/m | kg−1·m−3·s3·A2 | |
| تدفق مغناطيسي | فيبر | Wb | V·s = kg·m2·s−2·A−1 | |
| كثافة التدفق المغناطيسي | تيسلا | T | Wb/m2 = kg·s−2·A−1 | |
| تحريض مغناطيسي | أمبير في متر | A/m | A·m−1 | |
| Reluctance | أمبير-يحول في فيبر | A/Wb | kg−1·m−2·s2·A2 | |
| تحريض مغناطيسي | هنري | H | Wb/A = V·s/A = kg·m2·s−2·A−2 | |
| Pنفوذية | هنري على متر | H/m | kg·m·s−2·A−2 | |
| حساسية مغناطيسية | (بلا أبعاد) | χ | – | |