ما هو الفرق بين القطب المغناطيسي الواحد والقطب الكهربائي الواحد من حيث حقولهما

الاختلافات بين الأحاديات المغناطيسية والأحاديات الكهربائية من حيث الحقول

تعتبر الأحاديات المغناطيسية والأحاديات الكهربائية مفهومين مهمين في مجال الكهرومغناطيسية، وتشهد خصائص حقولها وسلوكها اختلافات كبيرة. فيما يلي مقارنة تفصيلية لهذه النوعين من الأحاديات من حيث حقولها:

1. التعريفات والخلفية الفيزيائية

الأحادية الكهربائية: تشير الأحادية الكهربائية إلى شحنة نقطة معزولة، إما موجبة أو سالبة. وفقًا لقانون كولومب، فإن المجال الكهربائي الذي يولده الأحادية الكهربائية ينخفض بمقدار مربع المسافة (1/r2) ويتجه بشكل شعاعي خارجًا من (أو نحو) الشحنة.

الأحادية المغناطيسية: هي شحنة مغناطيسية معزولة افتراضية، مشابهة لمفهوم الأحادية الكهربائية. ومع ذلك، لم يتم رصد الأحاديات المغناطيسية في الطبيعة. جميع الظواهر المغناطيسية الحالية ناتجة عن ثنائيات (زوج من القطب الشمالي والقطب الجنوبي). إذا كانت الأحاديات المغناطيسية موجودة، فستنتج حقلًا مغناطيسيًا مشابهًا للأحادية الكهربائية، ولكن هذا يظل افتراضًا نظريًا.

2. سلوك الحقول

الأحادية الكهربائية

توزيع المجال الكهربائي: المجال الكهربائي E المنتج من الأحادية الكهربائية متماثل كرويًا ويتبع قانون كولومب:

حيث $\mathrm{<br>}$q هي الشحنة، ϵ0 هي النفاذية الكهربائية للفراغ، $\mathrm{<br>}$r هي المسافة من الشحنة إلى نقطة الملاحظة، وr^ هو الوحدة الشعاعية.

• توزيع الجهد الكهربائي: الجهد الكهربائي   $\mathrm{<br>\; }$V للأحادية الكهربائية ينخفض خطياً مع المسافة:

الأحادية المغناطيسية (افتراضية)

• توزيع المجال المغناطيسي: إذا كانت الأحاديات المغناطيسية موجودة، فستنتج حقلًا مغناطيسيًا متماثلًا كرويًا   $\mathrm{<br>\; }$B، يتبع شكلًا مشابهًا لقانون كولومب:

  

• حيث   $\mathrm{<span\; style="font-family:\; arial,\; helvetica,\; sans-serif;\; font-size:\; 16px;">g\; هي\; الشحنة\; المغناطيسية, </span>\; }$μ0 هي النفاذية المغناطيسية للفراغ،   $\mathrm{<br>\; }$r هي المسافة من الأحادية المغناطيسية إلى نقطة الملاحظة، و r^ هو الوحدة الشعاعية.

• توزيع الجهد العددي المغناطيسي: الجهد العددي المغناطيسي   ${\mathrm{<br>\; }}_{}$ϕm ينخفض أيضًا خطياً مع المسافة:

  

3. خصائص هندسية لخطوط الحقل

• خطوط المجال الكهربائي: خطوط المجال الكهربائي للأحادية الكهربائية تنبعث من شحنة موجبة (أو تتجمع على شحنة سالبة) وتستمر إلى اللانهاية. هذه الخطوط متفرقة، مما يشير إلى أن المجال الكهربائي يشع خارجًا.

• خطوط المجال المغناطيسي: خطوط المجال المغناطيسي للأحادية المغناطيسية ستتنبعث أيضًا من الأحادية (أو تتجمع عليها) وتستمر إلى اللانهاية. هذه الخطوط متفرقة أيضًا، مما يشير إلى أن المجال المغناطيسي يشع خارجًا.

4. توسعات متعددة القطب ذات الرتب العليا

• متعددات القطب الكهربائية: بالإضافة إلى الأحاديات الكهربائية، يمكن أن تكون هناك ثنائيات كهربائية ورباعيات، إلخ. الثنائي الكهربائي يتكون من شحنتين متساويتين ومختلفتين في الإشارة، وتختلف توزيعات المجال الكهربائي له عن الأحادية الكهربائية، مما يظهر تناظرًا وأسلوب تلاشي أكثر تعقيدًا.

• متعددات القطب المغناطيسية: الظواهر المغناطيسية الحالية ناتجة أساسًا عن ثنائيات مغناطيسية، مثل المغناطيس المستقيم أو حلقات التيار. توزيع المجال المغناطيسي للثنائي المغناطيسي مشابه لتوزيع المجال الكهربائي للثنائي الكهربائي، ولكن في التطبيقات العملية، نناقش عادة ثنائيات مغناطيسية دون متعددات قطب مغناطيسية ذات رتب أعلى.

5. التعبير في معادلات ماكسويل

• الأحادية الكهربائية: في معادلات ماكسويل، تظهر كثافة الشحنة   $\mathrm{<br>\; }$ρ في قانون جاوس للكهرباء:

• وهذا يشير إلى أن وجود الأحادية الكهربائية يؤدي إلى انحراف في المجال الكهربائي.

• الأحادية المغناطيسية: في معادلات ماكسويل القياسية، لا يوجد كثافة شحنة مغناطيسية   ${\mathrm{<br>\; }}_{}$ρm، لذا يكون قانون جاوس للمغناطيسية:

وهذا يعني أنه في الكهرومغناطيسية الكلاسيكية، لا توجد أحاديات مغناطيسية معزولة. ومع ذلك، إذا تم تقديم الأحاديات المغناطيسية، فسيصبح هذا المعادلة:

وهذا يسمح بوجود الأحاديات المغناطيسية.

6. التأثيرات الكمومية

• الأحادية الكهربائية: توجد الأحاديات الكهربائية في الواقع ويمكن وصف حقولها الكهربائية باستخدام الديناميكا الكهربائية الكمية (QED).

• الأحادية المغناطيسية: رغم أن الأحاديات المغناطيسية لم يتم رصدها، إلا أنها لها تأثيرات نظرية مهمة في الميكانيكا الكمومية. على سبيل المثال، اقترح ديراك أن وجود الأحاديات المغناطيسية سيؤدي إلى تكميم الشحنات الكهربائية والمغناطيسية وسيؤثر على طور دالة الموجة للجسيمات المشحونة.

ملخص

• الأحادية الكهربائية: معروفة بالوجود، تنتج حقولًا كهربائية متماثلة كرويًا تنخفض بمقدار مربع المسافة.

• الأحادية المغناطيسية: افتراضية، يجب أن تنتج حقلًا مغناطيسيًا متماثلًا كرويًا ينخفض بمقدار مربع المسافة.

الاختلاف الرئيسي يكمن في أن الأحاديات الكهربائية هي ظاهرة حقيقية، بينما الأحاديات المغناطيسية تظل فرضية نظرية.