كيف تنشأ القوة الكهربائية؟
وصف المجال المغناطيسي:
كيف يتفاعل المجال المغناطيسي مع جسم مشحون؟
الكهرومغناطيسية:
تطبيقات على الكهرومغناطيسية:
نظرية ماكسويل:

يصعب تفسير التفاعلات الكهربائية والمغناطيسية بعبارات غير تقنية. لأنه يتعين على المرء أن يصف التفاعلات من منظور “مجالات القوة” غير المرئية التي تتحول، وتتوسع، وتتقلص، وتقوى، وتضعف، وتدور في الفضاء، ومن الصعب للغاية وصفها بشكل مناسب في المصطلحات اللفظية. من الناحية الرياضية، يلزم وجود مجموعات مقترنة من المعادلات التفاضلية المتجهة ثلاثية الأبعاد التي يصعب تصورها.



كيف تنشأ القوة الكهربائية؟



تنشأ القوة الكهربائية بواسطة الشحنات الكهربائية لجميع الأغراض العملية، يحتوي العالم من حولك على نوعين فقط من الجسيمات المشحونة: البروتونات، التي لها شحنة +1 في الوحدات الذرية، والإلكترونات، التي تبلغ شحنتها -1. هناك عدة مئات من الجسيمات المشحونة الأخرى، لكن جميعها تقريباً غير مستقرة وتتفكك في نطاقات زمنية أقصر من جزء من المليار من الثانية، مثل الطاقة والزخم، ليتم الحفاظ على الشحنة الكلية للكون.



يمكنك إنشاء أو تدمير شحنة موجبة طالما أنّك تقوم أيضاً بإنشاء أو تدمير كمية متساوية من الشحنة السالبة، لكن المجموع الجبري لا يمكن أن يتغير. لذلك فإنّ إجمالي الشحنة الكهربائية في الكون يساوي صفراً تماماً. القوة الكهروستاتيكية بين شحنتين نقطتين معطاة بموجب “قانون كولوم”:



F = k q1 q2 / r2


حيث:


k = الثابت الإلكتروستاتيكي = 8.99 × 109 كجم م 3 / ث 2 كول 2، r = المسافة بين الشحنتين، وq1 وq2 هما الشحنتان المقاستان بوحدة كولوم. (واحد كولوم = الشحنة على 6.24 × 1018 إلكتروناً. لذلك، يحمل بروتون أو إلكترون شحنة مقدارها ± 1.602 × 19-10كولوم).



إذا كان لكل من (q1 وq2) نفس الإشارة، فإنّ القوة الكهروستاتيكية تكون متنافرة. وإذا كانت لديهم إشارات متعاكسة، فإنّ القوة تكون قوة تجاذب. لاحظ كيف تبدو صيغة القوة الكهروستاتيكية، تماماً مثل تلك الخاصة بالجاذبية، كل ما علينا فعله هو استبدال ثابت الجاذبية (G) بالثابت الكهروستاتيكي (k)، وتبديل كتلة الشحنة.



وصف المجال المغناطيسي:



لا يتم وصف الحقول المغناطيسية الساكنة بواسطة معادلة بسيطة، لأنّ المغناطيس له دائماً قطب شمالي وقطب جنوبي، لذلك فإنّ المجال المغناطيسي دائماً ما يتم ربطه من قطب إلى آخر. إذا غمر المرء مغناطيساً في سائل ثقيل يحتوي على برادة حديد، فإنّ برادة الحديد ستصطف نفسها على طول المجال المغناطيسي، وبالتالي تكشف عن شكل الحقل المغناطيسي. يُطلق على كل من هذه الحقول اسم الحقول “ثنائية القطب”، لأنّها تم إنشاؤها بواسطة قطبين. على الرغم من عدم وجود صيغة بسيطة للقوة المغناطيسية، إلّا أنّ هناك ثابت للقوة المغناطيسية (m)، والذي يكافئ “k” للمجالات الكهربائية و”G” للجاذبية، (m) تساوي (1.26 × 6- 10 in metric units).



كيف يتفاعل المجال المغناطيسي مع جسم مشحون؟



إذا كانت الشحنة في حالة سكون، فلا يوجد تفاعل. ولكن إذا تحركت الشحنة، فإنّها تتعرض لقوة يزداد حجمها بالتناسب المباشر مع سرعة الشحنة. القوة لها اتجاه عمودي على كل من اتجاه حركة الشحنة واتجاه المجال المغناطيسي. هناك اتجاهان محتملان بدقة متعاكسة لمثل هذه القوة لاتجاه حركة معين. يتم حل هذا الغموض الظاهري من خلال حقيقة أنّ أحد الاتجاهين ينطبق على القوة المؤثرة على شحنة موجبة متحركة بينما ينطبق الاتجاه الآخر على القوة المؤثرة على شحنة سالبة متحركة، اعتماداً على الاتجاه الأولي لسرعة الجسيمات في المجال المغناطيسي، فإنّ الشحنات التي لها سرعة ثابتة في مجال مغناطيسي موحد ستتبع مساراً دائرياً أو حلزونياً.



التيارات الكهربائية في الأسلاك ليست