عرض مصدر حقل كهرطيسي

{{بطاقة عامة}}
{{شريط جانبي كهرومغناطيسية}}

'''الحقل الكهرطيسي''' أو '''الحقل الكهرومغناطيسي''' {{إنج|Electromagnetic field}} هو [[حقل (الفيزياء)|حقل فيزيائي]] ينشأ بسبب [[جسيم مشحون|الجسيمات المشحونة]] كهربائياً، بحيث أنّ أي [[شحنة كهربائية|شحنة]] تخترق، أو تمر من هذا [[حقل مغناطيسي|المجال]] فإنها تتأثر [[حقل مغناطيسي|بقوة مغناطسية]] يكون اتجاهها عموديا على اتجاه [[سرعة متجهة|سرعتها]]، وتجاه [[حقل مغناطيسي|المجال]] معاً، بالإضافة إلى [[قانون كولوم|قوة كهربائية]] يكون اتجاهها نفس [[حقل كهربائي|تجاه المجال]]، ويمكن تسمية [[محصلة القوى|محصلة]] هاتين القوتين [[قوة لورنتس|بقوة لورنتز]].<ref>{{استشهاد بكتاب|مؤلف=Spencer, James N.|إظهار المؤلفين=etal|عنوان=Chemistry: Structure and Dynamics|ناشر=John Wiley & Sons|سنة=2010|isbn=9780470587119|صفحة=78|مسار=https://books.google.com/books?id=FRfcVwFr17IC&pg=PA78| مسار أرشيف = https://web.archive.org/web/20170113101012/https://books.google.com/books?id=FRfcVwFr17IC&pg=PA78 | تاريخ أرشيف = 13 يناير 2017 }}</ref><ref>{{استشهاد بكتاب |مؤلف=Richard Feynman |عنوان=The Feynman Lectures on Physics Vol II |ناشر=Addison Wesley Longman |سنة=1970 |isbn=978-0-201-02115-8 |مسار= https://www.feynmanlectures.caltech.edu/II_01.html#Ch1-S2 |اقتباس="A “field” is any physical quantity which takes on different values at different points in space."|مسار أرشيف= https://web.archive.org/web/20230418222447/https://www.feynmanlectures.caltech.edu/II_01.html#Ch1-S2|تاريخ أرشيف=2023-04-18|حالة المسار=live}}</ref><ref>{{استشهاد بويب|مسار= https://www.cdc.gov/niosh/docs/96-129/ |عنوان=NIOSH Fact Sheet: EMFs in the Workplace |تاريخ الوصول=31 August 2015|ناشر=United States National Institute for Occupational Safety and Health|تاريخ=1996| مسار أرشيف = https://web.archive.org/web/20180628091714/https://www.cdc.gov/niosh/docs/96-129/ | تاريخ أرشيف = 28 يونيو 2018 }}</ref>

و[[حقل مغناطيسي|القوة المغناطيسية]] المؤثرة في [[شحنة كهربائية|الشحنة]] المارة في '''المجال''' تعطى بهذه [[عملية (رياضيات)|العلاقة]]:
<math display="block">\vec{F_B }= q . \vec{v} \times \vec{B}</math>

بينما [[قانون كولوم|القوة الكهربائية]] تعطى بالعلاقة التالية:

<math display="block">\vec{F_e }= q . \vec{E}</math>

فتكون [[قوة لورنتس|قوة لورنتز]] مقداراً واتجاهاً عبارة عن الجمع [[متجه|الاتجاهي]] بين [[قوة|القوتين]].

== البنية ==
يمكن أن يُعرض المجال الكهرومغناطيسي بطريقتين مختلفتين: بنية مستمرة أو بنية منفصلة.

=== البنية المستمرة ===
يُعتقد -من الناحية الكلاسيكية- أن الحقول الكهربائية والمغناطيسية تَنتج عن حركات سلسة للأجسام المشحونة. على سبيل المثال، تُنتج الشحنات المتذبذبة اختلافات في المجالات الكهربائية والمغناطيسية يمكن اعتبارها سلسة ومستمرة وموجية. تُنقل الطاقة في هذه الحالة باستمرار من خلال المجال الكهرومغناطيسي بين أي موقعين. على سبيل المثال، تُظهر ذرات المعدن في جهاز إرسال موجات الراديو نقل الطاقة بشكل مستمر. هذا مفيد إلى حد ما (إشعاع التردد المنخفض)، ولكن توجد مشاكل في الترددات العالية مثل كارثة [[الأشعة فوق البنفسجية]].<ref>{{استشهاد بكتاب|عنوان=Introduction to Electrodynamics|الأخير=Griffiths|الأول=David J.|ناشر=Prentice Hall|سنة=1999|isbn=0-13-805326-X|مكان=Upper Saddle River, New Jersey 07458|صفحات=364|مسار=https://archive.org/details/introductiontoel00grif_0| مسار أرشيف = https://web.archive.org/web/20190611142953/https://archive.org/details/introductiontoel00grif_0 | تاريخ أرشيف = 11 يونيو 2019 }}</ref>

== بنية منفصلة ==
يكون المجال [[كهرومغناطيسية|الكهرومغناطيسي]] مشوهًا. كشفت التجارب أن نقل الطاقة الكهرومغناطيسية في بعض الظروف يوصف على أنه يتم في شكل حزم تسمى كوانتا -الفوتونات في هذه الحالة- بتردد ثابت. تربط علاقة بلانك طاقة الفوتون «إي» للفوتون بترددها «إف» بالمعادلة:

<math>E= \, h f</math>

حيث «إتش»: ثابت بلانك، و«إف»: تردد الفوتون.

على الرغم من أن بصريات الكم تخبرنا أنه يوجد أيضًا تفسير شبه كلاسيكي للتأثير الكهروضوئي -انبعاث الإلكترونات من الأجسام الصلبة والسائلة والغازية عند امتصاص الطاقة من الضوء، حيث تسمى الإلكترونات المنبعثة من هذه الظاهرة بالإلكترونات الضوئية- فقد استُخدم الفوتون تاريخيًا (وإن لم يكن بالضرورة) في شرح بعض الملاحظات. وُجد أن زيادة شدة الإشعاع الساقط (طالما بقي واحدًا في النظام الخطي) يزيد فقط من عدد [[إلكترون|الإلكترونات]] المنبعثة، وليس له أي تأثير على توزيع الطاقة المقذوفة. تردد الإشعاع فقط هو الذي يرتبط بطاقة الإلكترونات المقذوفة.

أثبتت هذه الصورة الكمومية للمجال الكهرومغناطيسي -التي تعامله كإشارات تماثلية حسب الهزاز التوافقي- نجاحًا كبيرًا، ما أدى لبزوغ الديناميكا الكهربائية الكمومية، وهي نظرية المجال الكمومي التي تصف تفاعل الإشعاع الكهرومغناطيسي مع المادة المشحونة. وأدت الصورة الكمومية للمجال الكهرومغناطيسي أيضًا إلى بزوغ البصريات الكمومية، والتي تختلف عن الديناميكا الكهربية الكمومية من حيث أن المادة نفسها مصاغة باستخدام ميكانيكا الكم بدلاً من نظرية المجال الكمومي.

== النظرية الديناميكية للمجال الكهرومغناطيسي ==
كان يُعتقد في الماضي أن الأجسام المشحونة [[كهرباء سكونية|كهربائيًا]] تُنتج نوعين مختلفين وغير مرتبطين من المجالات حسب نوع الشحنة. يَنتج المجال الكهربائي عندما تكون الشحنة ثابتة بالنسبة لمراقب يقيس خصائص الشحنة، ويَنتج المجال المغناطيسي والمجال الكهربائي والتيار الكهربائي عندما تتحرك الشحنة بالنسبة للمراقب.

أُدرك بمرور الوقت أن المجالين الكهربائي والمغناطيسي مكوِّنان ضمن الدائرة الكبيرة (المجال الكهرومغناطيسي). حتى عام 1820 كان يُنظر إلى الكهرباء والمغناطيسية كظواهر غير مرتبطة ببعضها، حتى أظهر الفيزيائي الدنماركي هانز كريستيان أورستد التأثير المغناطيسي للتيار الكهربائي، إذ قام بتجربة بينت أن مجالًا مغناطيسيًا يمكنه أن يؤثر في البوصلة يتولد حول السلك إذا ما مر في هذا السلك تيار كهربائي. لاحظ العالم مايكل فاراداي في عام 1831 أن الحقول المغناطيسية المتغيرة مع الوقت يمكن أن تولّد التيارات الكهربائية. وبعد ذلك نشر جيمس كليرك ماكسويل في عام [[1864]] ورقته الشهيرة النظرية الديناميكية للمجال الكهرومغناطيسي.<ref>{{استشهاد بدورية محكمة|الأخير1=Stauffer|الأول1=Robert C.|عنوان=Speculation and experiment in the background of Oersted's discovery of electromagnetism|مسار=https://archive.org/details/sim_isis_1957-03_48_151/page/33|صحيفة=Isis|تاريخ=1957|المجلد=48|صفحات=33–50|jstor=226900|doi=10.1086/348537}}</ref><ref>Maxwell 1864 5, page 499; also [[دايفيد جاي غريفيثز]] (1999), Introduction to electrodynamics, third Edition, ed. Prentice Hall, pp. 559-562"(as quoted in Gabriela, 2009)</ref>

بمجرد إنتاج هذا المجال الكهرومغناطيسي من توزيع شحني معطى؛ قد تواجه جسيمات مشحونة أو ممغنطة أخرى في هذا المجال قوة، فإذا كانت هذه الشحنات والتيارات الأخرى مماثلة في الحجم والقيمة للمصادر المنتجة للمجال الكهرومغناطيسي، فسيتم إنتاج مجال كهرومغناطيسي جديد، وبالتالي يمكن النظر إلى المجال الكهرومغناطيسي ككيان ديناميكي يؤدي إلى تحريك الشحنات والتيارات الأخرى، ويتأثر بها أيضًا. يتم وصف هذه التفاعلات بواسطة معادلات ماكسويل وقانون قوة لورنتز.

== الوصف الرياضي ==
هناك طرق رياضية مختلفة لوصف المجال الكهرومغناطيسي رياضيًا. أول طريقة هي اعتبار المجالين الكهربائي والمغناطيسي متجهين مجاليّين ثلاثيي الأبعاد. لكل متجه من متجهات المجال هذه قيمة محددة في كل نقطة من الزمان والمكان، وبالتالي غالبًا ما تعتبر توابع بالنسبة للمكان والزمان. مثال: تتم كتابة المجال الكهربائي

(E (x, y, z, t)))، والمجال المغناطيسي (B (x, y, z, t))).

إذا كان المجال الكهربائي (E) فقط غير صفري، وكان ثابتًا بالنسبة للزمن؛ يُقال إن المجال هو مجال كهروستاتيكي. وبالمثل، إذا كان المجال المغناطيسي (B) فقط غير صفري وكان ثابتًا بالنسبة للزمن؛ يُقال إن المجال مجال مغناطيسي ساكن. إذا كان أي من المجالين الكهربائي أو المغناطيسي تابع للزمن؛ يجب اعتبار كلا المجالين معًا كمجال كهرومغناطيسي باستخدام [[معادلات ماكسويل]].<ref>Electromagnetic Fields (2nd Edition), Roald K. Wangsness, Wiley, 1986. {{ردمك|0-471-81186-6}} (intermediate level textbook)</ref>

مع ظهور النسبية الخاصة، ظهرت الموترات أو التنسورات في ميدان الفيزياء أولًا ثم التقطها الرياضيون بعد ذلك وهذبوها ونقوها من التناقضات وصارت بعد ذلك موضوعًا رياضيًا. وكان لألبرت آينشتاين دور كبير في شهرة حساب الموترات لأنه استخدم هذا الحساب في نظريته النسبية الخاصة. يمكن كتابة معادلات ماكسويل في شكل موترات، ويُنظر إليها بشكل عام من قبل علماء الفيزياء كوسيلة أكثر أناقة للتعبير عن القوانين الفيزيائية.

يخضع سلوك المجالات الكهربائية والمغناطيسية سواء في حالات الكهرباء الساكنة أو المغناطيسية الساكنة أو الديناميكا الكهربائية (المجالات الكهرومغناطيسية) لمعادلات ماكسويل. معادلات ماكسويل في شكل متجهات:

<math>\nabla \cdot \mathbf{E} = \frac{\rho}{\varepsilon_0}</math>

<math>\nabla \cdot \mathbf{B} = 0</math>

<math>\nabla \times \mathbf{E} = -\frac {\partial \mathbf{B}}{\partial t}</math>

<math>\nabla \times \mathbf{B} = \mu_0 \mathbf{J} + \mu_0\varepsilon_0 \frac{\partial \mathbf{E}}{\partial t}</math>

حيث:

• <math>\rho</math>: كثافة الشحنة، والتي تعتمد في الغالب على الزمن والموقع.

• <math>\epsilon_0</math>: سماحية الفراغ.

• <math>\mu_0</math>: النفاذية المغناطيسية للفراغ.

• '''J''': متجه الكثافة التيارية، ويعتمد غالبًا على الزمن والموقع.

الوحدات المستخدمة أعلاه هي وحدات النظام العالمي القياسي للواحدات. تتغير الثوابت (النفاذية المغناطيسية وسماحية الفراغ) في معادلات ماكسويل إذا كانت المواد خطية، وغالبًا ما تُمثّل هذه الثوابت بأعداد مركبة، أو تينسور داخل المواد الأخرى التي تمتلك استجابات أكثر تعقيدًا للحقول الكهرومغناطيسية.

== المراجع ==

{{مراجع}}
{{ضبط استنادي}}
{{شريط سفلي كهرطيسية}}
{{روابط شقيقة}}
{{شريط بوابات|الفيزياء}}

[[تصنيف:كهرطيسية]]