معرفی الکترومغناطیس

علم الکترومغناطیس

الکترومغناطیس، شاخه‌ای از علم فیزیک است که به مطالعه‌ی پدیده‌های الکتریکی و مغناطیسی و ارتباط بین این دو می‌پردازد. در تعریفی دیگر، الکترومغناطیس، مطالعه‌ی تأثیرات بارهای الکتریکی ساکن و متحرک است.

نیروی الکترومغناطیس

الکترومغناطیس، یکی از چهار نیروی بنیادین طبیعت است. چهار نیروی بنیادین طبیعت عبارتند از:

  • نیروی هسته‌ای قوی
  • نیروی هسته‌ای ضعیف
  • نیروی الکترومغناطیس
  • نیروی گرانش

بیشتر پدیده‌هایی که روزمره در طبیعت با آن مواجه هستیم ماهیت الکترومغناطیس دارند. به نیرویی که توسط میدان الکترومغناطیسی به یک بار الکتریکی وارد می‌شود به اصطلاح نیروی لورنتز گفته می‌شود.

کمیات الکترومغناطیس

کمیات اصلی مطرح در الکترومغناطیس به دو دسته کمیات میدان و کمیات منبع تقسیم می‌شوند. منابع، عامل اصلی ایجاد میدان‌های الکترومغناطیسی هستند. کمیات میدان، کمیاتی برداری هستند و عنوان به همراه واحد آنها در سامانه‌ی استاندارد بین‌المللی یکاها (SI) به صورت زیر است:

  • شدت میدان الکتریکی؛ واحد: ولت بر متر
  • چگالی شار الکتریکی؛ واحد: کولن بر متر مربع
  • شدت میدان مغناطیسی؛ واحد: آمپر بر متر
  • چگالی شار مغناطیسی؛ واحد: تسلا یا وبر بر متر مربع

کمیات منبع شامل صور مختلف بار الکتریکی و جریان الکتریکی است. بار الکتریکی و چگالی‌های آن، کمیاتی اسکالر هستند؛ در حالی که چگالی‌های جریان الکتریکی کمیاتی برداری هستند.

بار و جریان الکتریکی

بار الکتریکی یک خاصیت فیزیکی است که به یک ماده نسبت داده می‌شود؛ به طوری که وقتی آن ماده در مجاورت ماده‌ی باردار دیگری قرار می‌گیرد به آن نیرو وارد می‌گردد. بار الکتریکی دو نوع است: بار الکتریکی مثبت و بار الکتریکی منفی. بین دو ماده با بارهای هم‌نام نیروی رانس یا دافعه و بین دو ماده با بارهای ناهم‌نام نیروی ربایش یا جاذبه ایجاد می‌شود. در سامانه‌ی SI واحد بار الکتریکی کولن (C) است.
بار الکتریکی گسسته است و تنها می‌تواند به صورت مضارب صحیحی از مقدار بار یک الکترون وجود داشته باشد. با این حال با دید ماکروسکوپیک و به صورت نظری، بار الکتریکی می‌تواند به صورت بار نقطه‌ای، چگالی بار حجمی، چگالی بار سطحی، و چگالی بار خطی وجود داشته باشد.
حرکت بار الکتریکی باعث ایجاد جریان الکتریکی می‌گردد. واحد جریان الکتریکی آمپر است. جریان نیز می تواند به صورت جریان خطی، چگالی جریان حجمی، و چگالی جریان سطحی وجود داشته باشد.
بار الکتریکی پایسته است و از معادله پیوستگی بار تبعیت می‌کند. این رابطه، یکی از اصول موضوعه‌ی الکترومغناطیس است و جریان الکتریکی را با بار الکتریکی مرتبط می‌سازد.

معادلات حاکم بر الکترومغناطیس

معادلات حاکم بر الکترومغناطیس، چهار معادله هستند که به اصطلاح معادلات ماکسول نام دارند. این معادلات با قوانین و مشاهدات تجربی نظیر قانون لنز، قانون فاراده، قانون آمپر، قانون گوس الکتریکی، و قانون گوس مغناطیس مطابقت دارد.