القوة الكهرومغناطيسية

القوة الكهرمغناطيسية في الفيزياء


الفيزياء الكهرومغناطيسية(باللاتينية: Physica Electromagnetica) هي فيزياء المجال المغناطيسي (أو الحركة المغناطيسية الكهربية) ،حيث يؤثر مجال مغناطيسي على الشحنة الكهربية أو الجسيم المشحون كهربياً (والمقصود بالجسيم يختلف من آن لآخر ففى الكهرومغناطيسية الكلاسيكية يكون المقصود بالجسيم هو الجسيم النقطى، أما في الديناميكا الكهربائية الكمومية يكون المقصد هو الجسيم الأولى) ، وفى المقابل يتأثر المجال أيضاً بوجود تلك الجسيمات وحركتها في هذا المجال.

المجال المغناطيسي المتغير يخلق مجالاً كهربياً (وهذه الظاهرة تسمى بالحث الكهرومغناطيسي وهي أساس عمل المولدات الكهربائية والمحركات الكهربية والمحول الكهربي)، وبالمثل يخلق المجال الكهربي المتغير مجالاً مغناطيسياً ؛ وبسبب هذه التبادلية ما بين المجالين الكهربي والمغناطيسي يصبح من الطبيعى أن نعتبرهم وجهان لعملة واحدة ألا وهي المجال الكهرومغناطيسي.

ينشئ المجال المغناطيسي نتيجة لحركة الشحنات الكهربية (كمثال:التيار الكهربائي)، ويسبب المجال المغناطيسي في وجود تلك القوي المغناطيسية المصاحبة للمغناطيس.
تفصيل

وتؤثر القوة الكهرومغناطيسية بواسطة تبادل جسيمات لا كتلة لها وتسمى فوتونات وشبه الفوتونات . والفوتونات هي نفسها موجات كهرومغناطيسية .والقوة الكهرومغناطيسية تعمل على تجاذب الجسيمات المشحونة ذات الشحنة المضادة ، أي تجاذب الشحنة الموجبة والشحنة السالبة ، وتعمل على تنافر الجسيمات التي تحمل نفس النوع من الشحنة .

والقوة الكهرومغناطيسية هي واحدة من ضمن أربعة قوى أساسية نعرفها تتحكم في بناء العالم المادي . والثلاثة قوى الأخرى هي :

القوة الشديدة (strong force) (النووية) وهي تعمل في نواة الذرة وتربط بين البروتونات والنيوترونات ،
القوة النووية الضعيفة (weak force ) وهي تعمل داخل نواة الذرة وهي المسؤولة عن النشاط الأشعاعي لنواة الذرة ،
قوة الجاذبية أو الثقالة (gravity ) وهذه تعمل بين الكتل ، ويبلغ مداها إلي مالا نهاية. وقوة الجاذبية تعمل بين جميع الأجسام ، و تظهر واضحة في التكوين الكري للأجسام السماوية من كواكب وشـموس , و كذلك تتحكم في أفلاك الكواكب حول الشمس ، ودوران المجرات.

القوة الكهرومغناطيسية هي التي تربط الإلكترونات بأنوية الذرات ، وتربط الذرات بعضها البعض مكونة جزيئات وهي القوة المتحكمة في البنية البلورية . والقوة الشديدة هي التي تربط الكواركات في نواة الذرة وتربط ومكونات النواة (البروتونات) رغم شحناتها المتنافرة الموجبة . وقوة الجاذبية هي التي تكوّر الأرض وتكور الشمس وتجعل الكواكب تدور في أفلاك حول الشمس ، وهي التي تربط المجرات بعضها البعض ، و هي التي تجعلنا منجذبين إلى الأرض.
تاريخ الكهرومغناطيسية

عتقد في الماضي أن ظاهرة المغناطيسية وظاهرة الكهرباء قوتان منفصلتان . ولكن تلك الرؤية تغيرت عن طريق جيمس ماكسويل في عام 1873 في رسالة علمية تحت عنوان "دراسات عن الكهرباء والمغناطيسية" حيث بين أن التآثر بين شحنات موجبة وسالبة تتحكم فيه قوة واحدة . وبين "ماكسويل" أنه توجد أربعة تأثيرات لتلك التفاعلات المتبادلة ، تظهر جميعها خلال التجارب العملية:

تتجاذب الشحنات الكهربائية أو تتنافر من بعضها البعض بقوة تتناسب تناسبا عكسيا مع مربع المسافة بينهما تتجاذب الشحنات المتضادة (سالبة ، وموجبة) ، وتتنافر الشحنات المتماثلة .
الأقطاب المعناطيسية تتجاذب أو تتنافر بطريقة مماثلة لسلوك الشحنات الكهربائية ، ويوجد للمغناطيس نوعين من الأقطاب . يرتبط قطب شمالي دائما بقطب جنوبي .
ينتج التيار الكهربائي مجالا مغناطيسيا دائريا حول السلك ، ويكون اتجاه دورانه (إما في اتجاه عقرب الساعة أو في عكس اتجاهها ) بحسب اتجاه التيار في السلك ،
عندما يتحرك سلك في مجال مغناطيسي ينشأ فيه بالتأثير تيار كهربائي ، كما ينشأ تيار كهربائي عند تحرك مغناطيسي إلى سلك أو مبتعدا عنه ، ويعتمد اتجاه التيار على اتجاه حركة المغناطيس.

أندريه ماري أمبير

لاحظ هانز أورستد في 21 أبريل 1820 وهو يُعد أحد التجارب أن إبرة البوصلة تنحرف عن اتجاهها نحو الشمال عندما كان يغلق ويفتح التيار في دائرة كهربائية يُعدها . وأقنعة التامل في تلك الظاهرة بأن تيارا كهربائيا يمر في سلك يتسبب في حدوث مجالا مغناطيسيا حول السلك ، طبقا لانتشار الضوء . وتأكد من وجود علاقة بين الكهرباء والمغناطيسية .
ميشيل فاراداي.

ولم يستطع أورستد تفسير تلك الظاهرة ولم يصيغها في معادلة رياضية تصف سلوكها . ولكنه ركز البحث في تلك الظاهرة بعدها بثلاثة أشهر ، وقام بنشر رسالة علمية مبينا أن مرور تيار كهربائي يتسبب في نشأة مجالا مغناطيسيا حوله . وقد سميت وحدة اورستد للحث الكهرومغناطيسي في نظام وحدات سنتيمتر غرام ثانية cgs بإسمه تكريما لإنجازاته العلمية على هذا السبيل.
جيمس ماكسويل

كانت نتائجئه واعزا على ابحاث مستفيضة للعلماء عن الحركية الكهربائية . واستطاع الفيزيائي الفرنسي أندريه أمبير صياغة معادلة رياضية واحدة تصف القوة المغناطيسية بين سلكين يمر فيهما تيار .

يعتبر هذا التوحيد بين المغناطيسية والكهرباء والذي شاهده فاراداي ، ثم صاغه ماكسويل بالإضافة إلى ما قام به هاينريش هيرتز من اعمال ، يعتبر من أهم الإنجازات العلمية في القرن التاسع عشر في مجال الفيزياء النظرية. وتعلقت بها تبعات هامة ، من ضمنها فهم طبيعة الضوء.

ومع اكتشاف نظرية الكم في مطلع القرن العشرين تعمق فهمنا للضوء و للموجات الكهرومغناطيسية، فنعرف اليوم أن تلك الأشعة في صورة كمومية وتنتشر ذاتيا في هيئة مجال كهرومغناطيسي ترددي . وباختلاف تردد الاهتزاز تنتج أنواع مختلفة من الأشعة الكهرومغناطيسية ، منها الموجات الراديوية ذات الترددات المنخفضة ، إلى الضوء المرئي ذو ترددات متوسطة ، إلى أشعة إكس ذات تردد عالي ، ثم إلى أشعة جاما ذات الترددات العالية جدا .

لم يكن " أورستد" العالم الوحيد الذي ربط بين الكهرباء والمغناطيسية . في عام 1802 قام العالم الإيطالي "جيان روماجنوزي" بدراسة انحراف إبرة البوصلة في وجود شحنات كهرباء ثابتة electrostatic charges. ولكن لم ينتبه العلماء إلى هذا الاكتشاف في عام 1802 . [1]