الکترومغناطیس چیست؟ (به زبان ساده)
الکترومغناطیس برای اولین بار در سال 1819 کشف شد، زمانی که یک دانشمند دانمارکی متوجه شد که عقربه قطب نمای مغناطیسی هنگام قرار گرفتن در نزدیکی سیم برق جابجا می شود. الکترومغناطیس منبعی از انرژی است که اتم ها را در کنار یکدیگر نگه می دارد و همچنین از جریان های الکتریکی میدان های مغناطیسی تولید می کند.
الکترومغناطیس
همه مواد دارای بار الکتریکی مثبت یا منفی هستند، اما اگر بار خالص صفر باشد، آن را خنثی می نامند. بار های مشابه یکدیگر را دفع می کنند در حالی که بار های مخالف جذب یکدیگر می شوند. این نیرو های الکتریکی، اتم ها را به هم نزدیک نگه می دارند. وقتی اتم ها از طریق انتقال الکترون ها بار مثبت یا منفی به دست می آورند، یک میدان الکتریکی قابل اندازه گیری تشکیل می شود. اگر این ذرات باردار الکتریکی شروع به حرکت کنند، میدان به جریان الکتریکی تبدیل شده و یک میدان مغناطیسی در اطراف آن تشکیل می شود.
الکترومغناطیس برای بسیاری از فناوریهایی که امروزه استفاده میکنیم، از موتورهای الکتریکی و ژنراتورها گرفته تا ارتباطات بیسیم و تصویربرداری پزشکی، اساسی است.
ایجاد میدان مغناطیسی با جریان برق
جریان الکتریکی باعث تولید میدان های مغناطیسی می شود. یک سیم حامل جریان نیز میدان های مغناطیسی ایجاد می کند که با حلقه های دایره ای اطراف سیم نشان داده می شوند. جریان الکتریکی یا بار الکتریکی در حال حرکت در داخل سیم، این میدان های مغناطیسی دایره ای را ایجاد می کند. میدان مغناطیسی در نزدیک سیم قوی تر است و جهت آن به حرکت جریانی که میدان را تولید می کند بستگی دارد. سیم مانند آهنربا عمل می کند بنابراین افزایش مقدار جریان در سیم باعث افزایش قدرت میدان مغناطیسی می شود.
یک سیم حامل جریان، میدان های مغناطیسی دایره ای ایجاد می کند.
قانون دست راست فلمینگ
قانون دست راست فلمینگ برای تعیین جهت جریان القا شده در رسانا، هنگامی که در ناحیه ای از میدان مغناطیسی حرکت می کند، بکار می رود. جان آمبروز فلمینگ فیزیکدان انگلیسی این قانون را در اواخر دهه 1800 پیشنهاد کرد. با استفاده از قانون دست راست، انگشت شست و انگشت اشاره و میانی را طوری بگیرید که عمود بر هم قرار بگیرند. اگر انگشت اشاره جهت میدان مغناطیسی را نشان دهد و انگشت شست جهت حرکت رسانا را نشان دهد، در این صورت انگشت میانی جهت جریان القایی را نشان می دهد. قانون دست راست برای بار های مثبت و جریان نظری قابل اجرا است. جریان نظری مشابه جریان قراردادی است که از سمت مثبت به طرف منفی جریان می یابد.
انگشت شست به سمت بالا جهت جریان را نشان می دهد که مخالف روند واقعی جریان است. چهار انگشت حلقه شده جهت میدان مغناطیسی را نشان می دهد.
قانون دست چپ فلمینگ
قانون دست چپ فلمینگ نشان می دهد چه اتفاقی می افتد وقتی ذرات باردار مانند الکترون در یک میدان مغناطیسی وارد شوند. برای نشان دادن قانون دست چپ، یک شیء را که نشان دهنده سیم است نگه دارید. اگر انگشت اشاره نشان دهنده جهت میدان و انگشت میانی نشان دهنده جریان باشد، انگشت شست جهت نیرو را نشان می دهد.
یک میدان مغناطیسی توسط جریان الکتریکی که از یک رسانا عبور می کند تولید می شود. نیرویی نیز توسط این میدان مغناطیسی بر روی آهنربایی که در محیط رسانا قرار دارد اعمال می شود. آندره ماری آمپر دانشمند فرانسوی کشف کرد که یک نیروی برابر و مخالف توسط آهنربا به رسانا حامل جریان وارد می شود. آزمایش های مختلف نشان داد که جهت نیروی وارد شده برعکس می شود تا جهت جریان از طریق سیم معکوس شود. بنابراین، جهت نیروی وارد شده بر سیم به جهت جریان و میدان مغناطیسی بستگی دارد.
وقتی جهت جریان نسبت به جهت میدان در زاویه قائم باشد، مقدار نیرو در بالاترین سطح است. در چنین شرایطی، می توانیم از یک قانون ساده مانند قانون دست چپ برای پیدا کردن جهت نیرو بر سیم استفاده کنیم.
القا جریان برق با یک میدان مغناطیسی
بسیاری از فیزیکدانان آزمایشاتی را برای شناسایی جریان های الکتریکی ناشی از یک میدان مغناطیسی طراحی کردند. بسیاری از آن ها شکست خوردند تا اینکه توسط جوزف هنری و مایکل فارادی کشف شد. آزمایش مایکل فارادی نشان داد که جریان عبوری از سیم پیچ میدان مغناطیسی ایجاد می کند. اما این میدان مغناطیسی روی سیم پیچ دوم نیست. بعد ها او متوجه شد که تغییر میدان مغناطیسی باعث ایجاد جریان الکتریکی در یک حلقه سیم می شود. این ایده همان چیزی است که ما در حال حاضر به عنوان قانون القا فارادی می شناسیم.
قانون القا فارادی بیان می کند که یک میدان مغناطیسی متغیر، یک نیروی محرکه الکتریکی (EMF) را در یک حلقه سیم القا می کند. نیروی محرکه الکتریکی باعث حرکت الکترون ها و تشکیل جریان می شود. تغییر مساحت حلقه سیم باعث ایجاد جریان می شود. تغییر زاویه بین حلقه و میدان مغناطیسی نیز باعث ایجاد جریان می شود. خاصیتی که مستقیماً باعث ایجاد نیروی الکتریکی می شود (emf) به عنوان شار مغناطیسی شناخته می شود. همچنین به عنوان معیاری برای میدان مغناطیسی شناخته می شود که از یک حلقه سیم (یا یک سطح) عبور می کند. وقتی این میدان تغییر می کند، یک نیروی محرکه الکتریکی را القا می کند.
شار مغناطیسی توسط معادله زیر داده می شود:
که ΦB شار مغناطیسی است، B قدرت میدان مغناطیسی است، A مساحت حلقه است و Φ زاویه بین میدان مغناطیسی و یک خط عمود بر سطح حلقه است.
عوامل موثر بر شار مغناطیسی
- قدرت میدان مغناطیسی (B). مقدار B می تواند با گذشت زمان تغییر کند.
- مساحت حلقه (A). اگر حلقه بزرگتر باشد، میدان مغناطیسی بزرگتری در اطراف آن وجود خواهد داشت و بالعکس. مساحت حلقه می تواند با گذشت زمان تغییر کند.
- زاویه بین میدان مغناطیسی و خط عمود بر حلقه می تواند با گذشت زمان تغییر کند.
الکترومغناطیس چیست؟
الکترومغناطیس شاخه ای از فیزیک است که به مطالعه میدان های الکتریکی و مغناطیسی و برهمکنش های آنها می پردازد.
فرمول محاسبه الکترو مغناطیس چیست؟
میزان الکترومغناطیس از BAcos بدست می آید که B قدرت میدان، A مساحت حلقه و دلتا نیز زاویه است.
