مقاله تحقیقی اثر مغناطیسی و الکترومغناطیس

اثر مغناطیسی و الکترومغناطیس

اجسام فرومغناطیس ، مواد پارامغناطیس و مواد دیامغناطیس نه فقط با قرار گرفتن در داخل سیم لوله مغناطیده می شوند بلکه به طور کلی هر ماده ای با قرار گرفتن در میدان مغناطیسی مغناطیده می شود. در تمام موارد ، میدان مغناطیسی ناشی از مغناطش ماده با میدان مغناطیسی ای که قبل از وارد کردن ماده وجود داشته است جمع می شود. در نتیجه ، میدان مغناطیسی تغییر می کند.

مقایسه نیروی مغناطیسی و الکتریکی

نیروی مغناطیسی میان دو بار ، بخاطر وابستگی به سرعت از نیروی الکتریکی پیچیده‌تر است. نیروی مغناطیسی با استفاده از قانون بیوساوار تعیین می‌‌شود. نیروی مغناطیسی و نیروی الکتریکی هر دو نیروی عکس مجذور فاصله هستند، یعنی در هر دو مورد نیرو با مجذور فاصله بین دو ذره باردار نسبت عکس دارد. همچنین در هر دو مورد نیرو با حاصل ضرب اندازه دو بار نسبت مستقیم دارد، اما جهت نیروی مغناطیسی بر خلاف نیروی الکتریکی در راستای خط واصل میان ذرات نیست، یعنی نیروی مغناطیسی یک نیروی مرکزی نیست.

تنها در یک حالت نیروی مغناطیسی می‌‌تواند در امتداد خط واصل میان ذرات باشد و آن زمانی است که (سرعت ذره بارداری که بر آن نیرو وارد می‌‌شود) بر r یعنی فاصله میان ذرات عمود باشد. در این حالت ، نیرو در صفحه شامل قرار دارد. همچنین خصوصیت دیگری که نیروهای مغناطیسی دارند، این است که نیرو همیشه بر بردار عمود است. به عبارت دیگر ، میدان مغناطیسی B هرچه باشد، حاصل ضرب اسکالر بردار در بردار همواره صفر است. همچنین چون نیروی مغناطیسی بر عمود است، لذا نمی‌‌تواند بر روی ذره کار انجام دهد.

میدان مغناطیسی

با وارد کردن مفهوم جدیدی به نام میدان مغناطیسی می‌‌توانیم رابطه نیروی مغناطیسی را ساده‌تر کنیم. برای این کار فرض می‌‌کنیم که هر ذره باردار در محل ذره دیگر یک میدان مغناطیسی ایجاد می‌‌کند که این میدان بر این ذره نیرو وارد می‌‌کند. اهمیت مفهوم میدان در این است که علاوه بر ذرات باردار می‌‌توانیم نیروی مغناطیسی حاصل از توزیع‌های سطحی و حجمی بار را نیز به راحتی محاسبه کنیم.

میدان مغناطیسی را به این صورت تعریف می‌‌کنیم که فرض کنید یک بار آزمون با بار الکتریکی q و سرعت v در میدان مغناطیسی حاصل از یک ذره باردار حرکت کند، بر این ذره آزمون نیروی مغناطیسی وارد می‌‌شود که مقدار آن از رابطه حاصل می‌‌شود . حال اگر این رابطه را با رابطه نیروی مغناطیسی مقایسه کنیم، رابطه میدان مغناطیسی به راحتی حاصل می‌‌شود.

تاریخچه پیدایش الکترومغناطیس

مبدا علم الکتریسیته به مشاهده معروف تالس ملطی (Thales of Miletus) در 600 سال قبل از میلاد بر می‌گردد. در آن زمان تالس متوجه شد که یک تکه کهربای مالش داده شده خرده‌های کاغذ را می‌رباید. از طرف دیگر مبدأ علم مغناطیس به مشاهده این واقعیت برمی‌گردد که بعضی از سنگها (یعنی سنگهای ماگنتیت) بطور طبیعی آهن را جذب می‌کند. این دو علم تا سال 1199 – 1820 به موازات هم تکامل می‌یافتند.
در سال 1199-1820 هانس کریستان اورستد (1777 – 1851) مشاهده کرد که جریان الکتریکی در یک سیستم می‌تواند عقربه قطب نمای مغناطیسی را تحت تأثیر قرار دهد. بدین ترتیب الکترومغناطیس به عنوان یک علم مطرح شد. این علم جدید توسط بسیاری از پژوهشگران که مهمترین آنان مایکل فاراده بود تکامل بیشتری یافت.
جیمز کلرک ماکسول قوانین الکترومغناطیس را به شکلی که امروزه می‌شناسیم ، در آورد. این قوانین که معادلات ماکسول نامیده می‌شوند، همان نقشی را در الکترومغناطیس دارند که قوانین حرکت و گرانش در مکانیک دارا هستند.

تقسیم بندی کلی الکترومغناطیس

• الکترومغناطیس کلاسیک: در حالت کلی الکترومغناطیس در ابعاد بزرگ و سرعتهای پایین را می‌توان الکترومغناطیس کلاسیک نامید. بدنه اصلی و منبای الکترومغناطیس کلاسیک همان معادلات ماکسول می‌باشد. و در الکترومغناطیس کلاسیک مباحثی مانند القای الکتریکی مدارات الکترونیکی ، و ساختار وسایل الکترونیکی از قبیل مقاومت و خازن و نحوه اتصال آنها در مدار و قوانین حاکم بر آنها مورد تجزیه و تحلیل قرار می‌گیرد.
• الکترومغناطیس کوانتومی: الکترومغناطیس ابعاد بسیار ریز و کوچک و سرعتهای بالا را میتوان الکترومغناطیس کوانتومی نامید. در اینجا مباحثی مانند تئوری میدانها ، الکترودینامیک کوانتومی ، نظریه ریسمان و موارد دیگر وجود دارد.

الکترومغناطیس امروزی

امروزه الکترومغناطیس از دو جهت مورد توجه است. یکی در سطح کاربردهای مهندسی ، که در آن معادلات ماکسول عموما در حل تعداد زیادی از مسایل علمی مورد استفاده قرار می‌گیرند و دیگری در سطح مبانی نظری. در این سطح چندان تلاش مداومی برای گسترش دامنه آن وجود دارد که الکترومغناطیس حالت ویژه‌ای از یک نظریه عمومی‌تر جلوه می‌کند.
این نظریه عمومی‌تری از نظریه‌های ، مثلا گرانش و مکانیک کوانتومی را نیز در بر می‌گیرد. پرداختن به این نظریه کلی هنوز به نتیجه نهایی نرسیده است. یکی دیگر از کاربردهای الکترومغناطیس که امروزه بیشتر مورد توجه قرار گرفته است، الکترومغناطیس و ساخت جنگ افزارهای الکترومغناطیسی مانند بمب الکترومغناطیسی است.

فهرست مطالب

مفاهیم پایه
مواد فرو مغناطیس در میدان مغناطیسی خارجی
کاربردهای عملی حفاظت مغناطیسی
تفاوت حفاظ مغناطیسی با الکتروستاتیکی
مقایسه نیروی مغناطیسی و الکتریکی
نیروی مغناطیسی وارد بر سیم حامل جریان
تاریخچه پیدایش الکترومغناطیس
تقسیم بندی کلی الکترومغناطیس
اثر مغناطیسی جریان الکتریکی
منشا میدان مغناطیسی
اثر مغناطیسی جریان الکترولیتی
امواج الکترومغناطیسی
کاربرد‌های فیزیک امواج الکترومغناطیسی
بمب الکترومغناطیسی
ایجاد میدان مین الکترومغناطیسی
ضبط بر روی نوار مغناطیسی
بازیابی سیگنال ضبط شده
اثر تلفات شکاف هد در هنگام پخش
میدان الکتریکی
میدان مغناطیسی زمین
مین روبی
مغناطیس و حیات
تصفیه مغناطیسی آب آشامیدنی
مثلث برمودا و میدان‌های مغناطیسی

متن کامل این مطلب آموزشی را در 52 صفحه میتوانید از لینک زیر دانلود کنید: