فهم الكهرومغناطيسية: دليل المبتدئين في الكهرومغناطيسية

الكهرومغناطيسية هي فرع من فروع الفيزياء التي تتعامل مع دراسة العلاقة بين الكهرباء والمغناطيسية. إنها إحدى القوى الأساسية الأربعة للطبيعة وهي مسؤولة عن العديد من الظواهر الطبيعية التي نمر بها كل يوم. تعتبر الكهرومغناطيسية جزءًا أساسيًا من التكنولوجيا الحديثة وتستخدم في مجموعة متنوعة من التطبيقات، من المحركات والمولدات الكهربائية إلى أنظمة الاتصالات والتصوير الطبي.

في هذا المقال، سنغطي أساسيات الكهرومغناطيسيه، بما في ذلك المبادئ الأساسية والمعادلات والقوانين التي تحكم سلوك المجالات الكهرومغناطيسيه وتطبيقات الكهرومغناطيسية في التكنولوجيا.

الكهرومغناطيسية ما هي وكيف تعمل؟

هي دراسة العلاقة بين الكهرباء والمغناطيسية. إنه فرع من فروع الفيزياء يتعامل مع سلوك المجالات الكهربائية والمغناطيسية وتفاعلها مع المادة. القوى الكهرومغناطيسية هي المسؤولة عن العديد من الظواهر الطبيعية التي نمر بها كل يوم، مثل جذب الحديد للمغناطيس، والقوة التي تحافظ على البوصلة متجهة إلى الشمال، وتكوين الشرارات الكهربائية.

المبدأ الأساسي للكهرومغناطيسية هو أن المجالين الكهربائي والمغناطيسي مترابطان. يتم إنشاء مجال كهربائي عندما يتم تطبيق جهد على مادة ما، ويتم إنشاء مجال مغناطيسي عندما يتدفق التيار عبر مادة ما. يتفاعل الحقلين مع بعضهما البعض، ويتم تحديد قوة التفاعل من خلال خصائص المادة.

الكهرومغناطيسية – المبادئ والقوانين الأساسية

يخضع سلوك المجالات الكهربائية والمغناطيسية للعديد من القوانين والمبادئ الأساسية. وأهمها:

قانون كولوم

ينص قانون كولوم على أن القوة بين شحنتين كهربائيتين تتناسب طرديًا مع ناتج شحناتهما، وتتناسب عكسًا مع مربع المسافة بينهما. يمكن استخدام هذا القانون لحساب القوة بين شحنتين كهربائيتين، بالإضافة إلى المجال الكهربائي الناتج عن شحنة واحدة.

 قانون غاوس

ينص قانون غاوس على أن إجمالي التدفق الكهربائي عبر سطح مغلق يساوي إجمالي الشحنة التي يحيط بها السطح. يستخدم هذا القانون لحساب المجال الكهربائي الناتج عن الشحنة الموزعة، مثل الشحنة على الموصل.

قانون أمبير

ينص قانون Ampere على أن التدفق المغناطيسي الكلي عبر حلقة مغلقة يساوي إجمالي التيار الذي يمر عبر الحلقة. يستخدم هذا القانون لحساب المجال المغناطيسي الناتج عن موصل ناقل للتيار.

قانون فاراداي

ينص قانون فاراداي على أن التدفق المغناطيسي الكلي عبر حلقة مغلقة يساوي معدل تغير التدفق الكهربائي عبر الحلقة. يستخدم هذا القانون لحساب القوة الدافعة الكهربائية (EMF) في دائرة عندما يتغير التدفق المغناطيسي عبر الدائرة.

قانون قوة لورنتس  

ينص قانون قوة لورنتس على أن الجسيم المشحون يتعرض لقوة عندما يكون في مجال كهربائي و / أو مغناطيسي.

تطبيقات الكهرومغناطيسية

تعد جزءًا أساسيًا من التكنولوجيا الحديثة وتستخدم في مجموعة متنوعة من التطبيقات:

الكهرومغناطيسية والمحركات والمولدات الكهربائية

المحركات والمولدات الكهربائية تستخدم مبادئ الكهرومغناطيسيه لتحويل الطاقة الكهربائية إلى طاقة ميكانيكية، أو العكس. تستخدم المحركات الكهربائية التيار الكهربائي لتوليد مجال مغناطيسي يتفاعل مع المجال المغناطيسي لدوار المحرك لتوليد عزم الدوران والدوران. تستخدم المولدات الكهربائية الطاقة الميكانيكية لتوليد تيار كهربائي.

الكهرومغناطيسية وأنظمة الاتصالات

تستخدم أنظمة الاتصالات مبادئ الكهرومغناطيسيه لنقل المعلومات عبر مسافات طويلة. تعد موجات الراديو والميكروويف والإشارات الخلوية أمثلة على الموجات الكهرومغناطيسيه المستخدمة لنقل المعلومات.

الكهرومغناطيسية والتصوير الطبي  

يستخدم التصوير الطبي مبادئ الكهرومغناطيسيه لإنشاء صور للجسم. يستخدم التصوير بالرنين المغناطيسي (MRI) مجالات مغناطيسية قوية وموجات الراديو لإنشاء صور مفصلة لهياكل الجسم الداخلية.

الكهرومغناطيسية – التاريخ ومتى بدات

يمكن إرجاع دراسة الكهرومغناطيسية إلى أوائل القرن التاسع عشر، عندما بدأ العلماء في استكشاف العلاقة بين الكهرباء والمغناطيسية. في عام 1820، اكتشف الفيزيائي الدنماركي هانز كريستيان أورستد أن التيار الكهربائي يمكن أن ينتج مجالًا مغناطيسيًا، وفي عام 1831، اكتشف العالم البريطاني مايكل فاراداي أن المجال المغناطيسي المتغير يمكن أن يحفز تيارًا كهربائيًا.

في منتصف القرن التاسع عشر، أسس الفيزيائي الأسكتلندي جيمس كليرك ماكسويل الأساس الرياضي للكهرومغناطيسية، الذي طور مجموعة من المعادلات التي تصف سلوك المجالات الكهربائية والمغناطيسية. أدى هذا العمل إلى تطوير النظرية الكهرومغناطيسيه للضوء، والتي تنص على أن الضوء عبارة عن موجة كهرومغناطيسية تنتشر عبر الفضاء.

خاتمة

تعتبر الكهرومغناطيسيه جزءًا أساسيًا من التكنولوجيا الحديثة، وتستخدم تطبيقاتها في مجموعة متنوعة من الصناعات والتطبيقات. قدم هذا الدليل مقدمة للمبادئ والقوانين الأساسية للكهرومغناطيسية، بالإضافة إلى تاريخ المجال وتأثيره على العالم اليوم.

المراجع

1- “Electromagnetic Fields and Waves” بقلم Magdy F. Iskander تاريخ النشر 2007.

2- “Electromagnetic Theory” بقلم Julius Adams Stratton تاريخ النشر 1941.