الکترومغناطیس تعریف شده

این یک روش خوب برای تعریف الکترومغناطیس است - الکترومغناطیس شاخه‌ای از فیزیک است که مطالعه نیروی الکترومغناطیسی را شامل می‌شود، نوعی تعامل فیزیکی که بین ذرات باردار الکتریکی رخ می‌دهد. نیروی الکترومغناطیسی توسط میدان‌های الکترومغناطیسی که از میدان‌های الکتریکی و مغناطیسی تشکیل شده‌اند حمل می‌شود و مسئول تابش الکترومغناطیسی مانند نور است.

چه کسی الکترومغناطیس را کشف کرد؟

در سال ۱۸۲۰، دانشمند فیزیک دانمارکی هانس کریستیان اوسترداد کشف کرد که سوزن قطب‌نما که در نزدیکی یک رسانا با جریان قرار می‌گرفت، تحریک می‌شد. وقتی جریان متوقف می‌شد، سوزن قطب‌نما به موقعیت اصلی خود بازمی‌گشت. این کشف مهم رابطه‌ای بین برق و مغناطیس را نشان داد که منجر به ساخت الکترومغناطیس و به بسیاری از اختراعاتی شد که صنعت مدرن بر آنها بنا شده است.

اوسترداد کشف کرد که میدان مغناطیسی هیچ ارتباطی با رسانایی که الکترون‌ها در آن حرکت می‌کردند نداشت، زیرا رسانا از مس غیرمغناطیسی ساخته شده بود. الکترون‌هایی که از طریق سیم حرکت می‌کردند، میدان مغناطیسی را حول رسانا ایجاد می‌کردند. چون یک میدان مغناطیسی همراه با یک ذره باردار است، جریان بزرگ‌تر، میدان مغناطیسی بزرگ‌تر. شکل ۱ میدان مغناطیسی حول یک سیم حامل جریان را نشان می‌دهد. یک سری دایره‌های هم‌مرکز حول رسانا میدان را نشان می‌دهند که اگر تمام خطوط نشان داده شوند، به یک استوانه پیوسته از چنین دایره‌هایی حول رسانا شباهت خواهد داشت.

شکل ۱ - میدان مغناطیسی شکل‌گرفته حول یک رسانا که جریان در آن حرکت می‌کند.

تا زمانی که جریان در رسانا حرکت می‌کند، خطوط نیرو حول آن باقی می‌مانند. [شکل ۱۰-۲۶] اگر جریان کوچکی از طریق رسانا حرکت کند، یک خط نیرو تا دایره A تمتد خواهد شد. اگر جریان افزایش یابد، خط نیرو اندازه خود را تا دایره B افزایش می‌دهد و افزایش بیشتر جریان آن را تا دایره C گسترش می‌دهد. همانطور که خط اصلی (دایره) نیرو از دایره A به B گسترش می‌یابد، یک خط نیرو جدید در دایره A ظاهر می‌شود. با افزایش جریان، تعداد دایره‌های نیرو افزایش می‌یابد و دایره‌های بیرونی را از سطح رسانای حامل جریان دورتر می‌کند.

شکل ۲ - گسترش میدان مغناطیسی با افزایش جریان.

اگر جریان یک جریان مستقیم ثابت و بدون تغییر باشد، میدان مغناطیسی ثابت می‌ماند. وقتی جریان متوقف می‌شود، میدان مغناطیسی انهدام می‌شود و مغناطیسی بودن حول رسانا ناپدید می‌شود.

سوزن قطب‌نما برای نشان دادن جهت میدان مغناطیسی حول یک رسانا حامل جریان استفاده می‌شود. شکل ۳ مشاهده A یک سوزن قطب‌نما را در موقعیت عمود بر و تقریباً یک اینچ از یک رسانا حامل جریان نشان می‌دهد. اگر جریانی وجود نداشته باشد، سر شمال‌جوی سوزن قطب‌نما به سمت قطب مغناطیسی زمین خواهد اشاره کرد. وقتی جریان حرکت می‌کند، سوزن در موقعیت عمود بر شعاعی که از رسانا کشیده شده است، جابجا می‌شود. چون سوزن قطب‌نما یک مغناطیس کوچک است با خطوط نیرویی که از جنوب به شمال داخل فلز تمتد می‌شوند، تا زمانی که جهت این خطوط با جهت خطوط نیرویی حول رسانا موافق شود، تغییر می‌کند. همانطور که سوزن قطب‌نما حول رسانا حرکت می‌کند، خود را در موقعیت عمود بر رسانا نگه می‌دارد که نشان می‌دهد میدان مغناطیسی حول یک رسانا حامل جریان دایره‌ای است. همانطور که در مشاهده B شکل ۳ نشان داده شده است، وقتی جهت جریان در رسانا معکوس می‌شود، سوزن قطب‌نما در جهت مخالف اشاره می‌کند که نشان می‌دهد میدان مغناطیسی جهت خود را معکوس کرده است.

شکل ۳ - میدان مغناطیسی حول یک رسانا حامل جریان.

یک روش برای تعیین جهت خطوط نیرویی وقتی جهت جریان شناخته شده است، در شکل ۴ نشان داده شده است. اگر رسانا را با دست چپ در دست بگیرید و انگشت شست به جهت جریان اشاره کند، انگشتان شما به دور رسانا در همان جهت خطوط میدان مغناطیسی پیچ خواهند شد. این را قانون دست چپ می‌نامند.