مهندسی کده

شرح

میدان الکتریکی یک بار الکتریکی با یک نقطه مثبت که بیش از یک صفحه نامحدود از مواد رساننده معلق است. این میدان توسط خطوط میدان الکتریکی به تصویر کشیده شده است ، خطوطی که جهت میدان الکتریکی را در فضا دنبال می کنند.انجام پروژه انجام پروژه های دانشجویی انجام پروژه های دانشگاهی دورکاری و فریلنسری

میدان الکتریکی در هر نقطه از فضا به عنوان نیرو (به ازای هر بار بار) تعریف می شود که اگر در آن نقطه نگه داشته شود ، یک بار آزمایش مثبت ناچیز کوچک تجربه می کند. از آنجایی که میدان الکتریکی از نظر نیرو تعریف می شود و نیرو یک بردار است (یعنی دارای اندازه و جهت است) ، از این رو یک میدان الکتریکی یک میدان برداری است. از میدان های برداری این فرم گاهی اوقات به عنوان میدان های نیرو یاد می شود. میدان الکتریکی بین دو بار مانند عملکرد میدان گرانشی بین دو جرم عمل می کند ، زیرا هر دو از یک قانون مربع معکوس با فاصله اطاعت می کنند. این اساس قانون کولن است ، که می گوید ، برای بارهای ثابت ، میدان الکتریکی با بار منبع متفاوت است و با مربع فاصله از منبع معکوس است. این بدان معنی است که اگر شارژ منبع دو برابر شود ، میدان الکتریکی دو برابر می شود و اگر دو برابر از منبع دور شوید ، میدان در آن نقطه فقط یک چهارم قدرت اصلی آن خواهد بود.

میدان الکتریکی را می توان با مجموعه ای از خطوط که جهت آنها در هر نقطه همان میدان است ، تجسم کرد ، مفهومی که مایکل فارادی معرفی کرد ، اصطلاح "خطوط نیرو" هنوز هم گاهی اوقات استفاده می شود. این تصویر خاصیت مفیدی دارد که قدرت میدان متناسب با تراکم خطوط است. خطوط میدانی مسیری است که یک بار مثبت نقطه ای مجبور به حرکت در داخل میدان می شود ، مانند مسیری که توده ها در یک میدان گرانشی دنبال می کنند. خطوط میدانی به دلیل بارهای ثابت دارای چندین ویژگی مهم هستند ، از جمله اینکه همیشه از بارهای مثبت نشات می گیرند و در بارهای منفی خاتمه می یابند ، آنها از زاویه راست به همه رساناهای خوب وارد می شوند و هرگز از خود عبور نمی کنند یا بسته نمی شوند. خطوط میدان یک مفهوم نماینده هستند. این میدان در واقع در تمام فضای مداخله بین خطوط نفوذ می کند. بسته به دقيقي كه براي نشان دادن ميدان مورد نظر است ، مي توان خطوط كم يا زيادي رسم كرد. مطالعه میادین الکتریکی ایجاد شده توسط بارهای ثابت الکترواستاتیک نامیده می شود.

قانون فارادی رابطه بین یک میدان مغناطیسی متغیر با زمان و میدان الکتریکی را توصیف می کند. یکی از روشهای بیان قانون فارادی این است که حلقه میدان الکتریکی برابر است با مشتق زمان منفی میدان مغناطیسی. در صورت عدم وجود میدان مغناطیسی متغیر با زمان ، بنابراین میدان الکتریکی محافظه کارانه خوانده می شود (یعنی بدون پیچ و خم). این بدان معنی است که دو نوع میدان الکتریکی وجود دارد: میدان های الکترواستاتیک و زمینه هایی که از میدان های مغناطیسی متغیر با زمان تغییر می کنند. در حالی که طبیعت بدون پیچ خوردگی میدان الکتریکی ساکن امکان درمان ساده تری را با استفاده از الکترواستاتیک فراهم می کند ، میدان های مغناطیسی متغیر با زمان به طور کلی یک جز component از یک میدان الکترومغناطیسی واحد است. مطالعه میدان مغناطیسی و الکتریکی متغیر با زمان را الکترودینامیک می نامند.

میدان الکتریکی

یک میدان الکتریکی (گاهی اوقات E) یک  پروژه میدان فیزیکی  انجام پروژه است که (انجام پروژه )هر بار الکتریکی را احاطه می کند و به سایر بارهای موجود در میدان فشار وارد می کند ، یا آنها را جذب یا دفع می کند. میدان های الکتریکی از بارهای الکتریکی یا از میدان های مغناطیسی متغیر با زمان منشا می گیرند. میدان های الکتریکی و میدان های مغناطیسی هر دو نمود نیروی الکترومغناطیسی ، یکی از چهار نیروی اساسی (یا فعل و انفعالات) طبیعت هستند.

میدان های الکتریکی در بسیاری از زمینه های فیزیک مهم هستند و عملاً در فناوری های الکتریکی مورد بهره برداری قرار می گیرند. به عنوان مثال ، در فیزیک و شیمی اتمی ، میدان الکتریکی نیروی جذابی است که هسته و الکترون های اتمی را در اتم ها نگه داشته است. این همچنین نیرویی است که مسئول پیوند شیمیایی بین اتم ها است که منجر به مولکول می شود.

سایر کاربردهای میدان های الکتریکی شامل تشخیص حرکت از طریق سنجش مجاورت میدان الکتریکی و افزایش تعداد استفاده های پزشکی تشخیصی و درمانی است.

میدان الکتریکی از نظر ریاضی به عنوان یک میدان بردار تعریف می شود که به هر نقطه از فضا نیروی (الکترواستاتیک یا کولن) در هر واحد بار اعمال شده بر یک بار آزمایش مثبت بی نهایت کوچک در حالت استراحت در آن نقطه مربوط می شود. واحد SI مشتق شده برای میدان الکتریکی ولت بر متر (V / m) است ، دقیقاً معادل نیوتن در هر کولن (N / C).

بررسی اجمالی

نظریه کلاسیک حداقل دو معنی مشخص در فیزیک دارد. در زمینه مکانیک کوانتوم ، تئوری کلاسیک به نظریه های فیزیک اشاره دارد که از الگوی کوانتاسیون ، که شامل مکانیک و نسبیت کلاسیک است ، استفاده نمی کنند. به همین ترتیب ، نظریه های کلاسیک میدان ، مانند نسبیت عام و الکترومغناطیس کلاسیک ، نظریه هایی هستند که از کوانتوم استفاده نمی کنند مکانیک.  در متن نسبیت عام و خاص ، نظریه های کلاسیک نظریه هایی هستند که از نسبیت گالیل تبعیت می کنند.

بسته به دیدگاه ، از میان شاخه های نظریه که گاهی اوقات در فیزیک کلاسیک گنجانده می شود ، متغیر است:

مکانیک کلاسیک

قوانین حرکت نیوتن

فرمالیسم کلاسیک لاگرانژی و هامیلتونی

الکترودینامیک کلاسیک (معادلات ماکسول)

ترمودینامیک کلاسیک

نسبیت خاص و نسبیت عام

نظریه هرج و مرج کلاسیک و پویایی غیرخطی

مقایسه با فیزیک مدرن

برخلاف فیزیک کلاسیک ، "فیزیک مدرن" اصطلاحی کمی آزادتر است که ممکن است فقط به فیزیک کوانتوم یا به طور کلی به فیزیک قرن 20 و 21 اشاره داشته باشد. فیزیک مدرن ، در صورت لزوم ، شامل تئوری و نسبیت کوانتوم است.

یک سیستم فیزیکی را می توان با فیزیک کلاسیک توصیف کرد وقتی شرایطی را داشته باشد که قوانین فیزیک کلاسیک تقریباً معتبر باشد.

مهندس مجری مجری ذیصلاح مهندس ساختمان

در عمل ، اجسام فیزیکی از بزرگتر از اتمها و مولکول ها گرفته تا اجسام در حوزه ماکروسکوپی و نجومی را می توان با مکانیک کلاسیک به خوبی توصیف کرد (درک کرد). با شروع از سطح اتمی و پایین تر ، قوانین فیزیک کلاسیک خراب می شوند و به طور کلی توصیف درستی از طبیعت ارائه نمی دهند. میدان ها و نیروهای الکترومغناطیسی را می توان با استفاده از الکترودینامیک کلاسیک در مقیاس های طول و مقاومت میدان به اندازه کافی بزرگ توصیف کرد که اثرات مکانیکی کوانتوم ناچیز باشد. برخلاف فیزیک کوانتوم ، فیزیک کلاسیک به طور کلی با اصل جبرگرایی کامل مشخص می شود ، اگرچه تفسیرهای قطعی از مکانیک کوانتوم وجود دارد.

آهن ربا

این مقاله در مورد اشیا and و دستگاههایی است که میدان مغناطیسی تولید می کنند. برای توصیف مواد مغناطیسی ، به مغناطیس مراجعه کنید.

"آهنربای نعل اسبی" ساخته شده از آلیکو ، آلیاژ آهن. آهن ربا که به شکل نعل اسب ساخته شده است ، دو قطب مغناطیسی را به هم نزدیک کرده است. این شکل باعث ایجاد یک میدان مغناطیسی قوی بین قطب ها می شود و به آهنربا اجازه می دهد تا یک قطعه آهن سنگین را برداشت کند.

خطوط میدان مغناطیسی یک مغناطیس الکترومغناطیسی ، که مشابه آنها است

آهنربا ماده یا جسمی است که یک میدان مغناطیسی تولید می کند. این میدان مغناطیسی نامرئی است اما مهمترین خاصیت آهنربا را به عهده دارد: نیرویی که سایر مواد فرو مغناطیسی مانند آهن ، فولاد ، نیکل ، کبالت و غیره را به سمت خود می کشد و سایر آهن ربا را جذب یا دفع می کند.

آهن ربا دائمی شی ای است که از ماده ای ساخته شده است که مغناطیسی شده و میدان مغناطیسی پایدار خود را ایجاد می کند. یک مثال روزمره آهن ربا یخچال است که برای نگه داشتن یادداشت روی در یخچال استفاده می شود. به مواد مغناطیسی ، که همچنین مواردی هستند که به شدت جذب آهنربا می شوند ، فرومغناطیسی (یا فریم مغناطیسی) نامیده می شوند. این عناصر شامل عناصر آهن ، نیکل و کبالت و آلیاژهای آنها ، برخی از آلیاژهای فلزات خاکی کمیاب و برخی دیگر از مواد معدنی مانند لودستون است. اگرچه مواد فرو مغناطیسی (و آهن ریز مغناطیسی) تنها عناصری هستند که به اندازه کافی جذب آهنربا می شوند تا معمولاً مغناطیسی در نظر گرفته شوند ، اما همه مواد دیگر به دلیل یکی دیگر از انواع مغناطیس به یک میدان مغناطیسی پاسخ ضعیف می دهند.

مجری ذیصلاح اراک مجری ساختمان مهندس مجری تهران

مواد فرو مغناطیسی را می توان به آهنربایی "نرم" مانند آهن بازپخت تقسیم کرد که می تواند مغناطیسی شود اما تمایل به مغناطیسی ندارد و از نظر مغناطیسی "سخت" است. آهن ربا های دائمی از مواد فرو مغناطیسی "سخت" مانند آلنیکو و فریت ساخته می شوند که در یک میدان مغناطیسی قوی در حین ساخت تحت پردازش ویژه ای قرار می گیرند تا ساختار ریز بلوری داخلی آنها تراز شود ، و باعث می شود که عطر زدایی آنها بسیار سخت باشد. برای منیزیم سازی آهنربا اشباع شده ، باید یک میدان مغناطیسی خاصی اعمال شود و این آستانه به اجبار ماده مربوطه بستگی دارد. مواد "سخت" از قدرت اجباری بالایی برخوردارند ، در حالی که مواد "نرم" از زورگیری کم برخوردار هستند. قدرت کلی یک آهنربا با گشتاور مغناطیسی آن یا در عوض ، کل شار مغناطیسی تولید شده اندازه گیری می شود. قدرت محلی مغناطیس در یک ماده با مغناطش آن اندازه گیری می شود.

آهنربای الکتریکی از سیم پیچ سیم ساخته شده است که وقتی جریان الکتریکی از آن عبور می کند به عنوان آهنربا عمل می کند اما با توقف جریان آهنربای خود را متوقف می کند. غالباً ، سیم پیچ به دور هسته ای از ماده فرومغناطیسی "نرم" مانند فولاد خفیف پیچیده می شود ، که میدان مغناطیسی تولید شده توسط سیم پیچ را بسیار افزایش می دهد.

موجودات زنده

یک قورباغه زنده در داخل یک سوراخ عمودی قطر 32 میلی متر از سلونوئید Bitter در یک میدان مغناطیسی بسیار قوی حرکت می کند - حدود 16 تسلا

برخی ارگانیسم ها می توانند میدان های مغناطیسی را کشف کنند ، پدیده ای که به عنوان مغناطیس شناخته می شود. بعضی از مواد موجودات زنده آهن فرومغناطیسی هستند ، هرچند مشخص نیست که آیا خاصیت مغناطیسی عملکرد خاصی دارند یا فقط یک محصول جانبی حاوی آهن هستند. به عنوان مثال ، کیتون ها ، نوعی نرم تنان دریایی ، برای سخت شدن دندان های خود مگنتیت تولید می کنند و حتی انسان در بافت بدن مگنتیت تولید می کند. مغناطیس شناسی اثرات میدان های مغناطیسی را بر روی موجودات زنده بررسی می کند. زمینه هایی که به طور طبیعی توسط یک ارگانیسم تولید می شوند به عنوان مغناطیس زایی شناخته می شوند. بسیاری از ارگانیسم های بیولوژیکی عمدتا از آب ساخته شده اند و از آنجا که آب دیامغناطیس است ، میدان های مغناطیسی بسیار قوی می توانند این موجودات زنده را دفع کنند.

منشأ کوانتومی - مکانیکی مغناطیس

در حالی که می توان توضیحات ابتکاری مبتنی بر فیزیک کلاسیک را فرموله کرد ، تنها می توان با استفاده از تئوری کوانتوم ، دیا مغناطیس ، پارامغناطیس و فرو مغناطیس را به طور کامل توضیح داد. [23] [24] الگویی موفق که قبلاً در سال 1927 توسط والتر هیتلر و فریتز لندن ساخته شد ، مکانیکی کوانتومی ، نحوه تشکیل مولکولهای هیدروژن از اتمهای هیدروژن ، یعنی از اوربیتالهای هیدروژن اتمی را ایجاد کرد نمایشگر u_ {B}} u_B در هسته A و B متمرکز شده است ، به زیر مراجعه کنید. اینکه این منجر به مغناطیسی می شود ، کاملاً واضح نیست ، اما در ادامه توضیح داده خواهد شد.

طبق نظریه هایتلر - لندن ، اربیتال های به اصطلاح مولکولی دو بدن {\ displaystyle \ sigma} \ sigma تشکیل می شوند ، یعنی اوربیتال حاصل:

در اینجا آخرین محصول به این معنی است که الکترون اول ، r1 ، در یک مدار هیدروژن اتمی قرار دارد که در هسته دوم قرار دارد ، در حالی که الکترون دوم به دور هسته اول می چرخد. این پدیده "مبادله" عبارتی برای ویژگی مکانیکی کوانتوم است که ذرات با خصوصیات یکسان را نمی توان تشخیص داد. این ماده نه تنها برای تشکیل پیوندهای شیمیایی ، بلکه برای مغناطیس نیز خاص است. به این معنی که در این ارتباط اصطلاح تعامل تبادل بوجود می آید ، اصطلاحی که برای منشأ مغناطیسی ضروری است و تقریباً توسط عوامل 100 و حتی 1000 ، نسبت به انرژیهای حاصل از برهم کنش دو قطبی-دو قطبی الکترودینامیکی قوی تر است.

در مورد عملکرد چرخش {\ displaystyle \ chi (s_ {1}، s_ {2})} \ chi (s_1، s_2) ، که مسئول مغناطیس است ، ما اصل Pauli را قبلا ذکر کردیم ، یعنی یک مداری متقارن (یعنی با علامت + به شرح بالا) باید با یک تابع چرخش غیر متقارن (یعنی با علامت -) ضرب شود ، و بالعکس. بدین ترتیب:

یعنی نه تنها {\ displaystyle u_ {A}} u_A و {\ displaystyle u_ {B}} u_B باید به ترتیب با α و β جایگزین شوند (نهاد اول به معنی "چرخش بالا" است ، موجود دوم "چرخش پایین") ، اما همچنین علامت + توسط علامت - ، و در آخر ri توسط مقادیر گسسته si  "حالت منفرد" ، یعنی علامت - به معنی: چرخش ضد موازی است ، یعنی برای ماده جامد ما ضد مغناطیس داریم ، و برای مولکول های دو اتمی یکی دیا مغناطیس دارد. تمایل به ایجاد یک پیوند شیمیایی (هموپلار) (این بدان معنی است: تشکیل یک مداری مولکولی متقارن ، یعنی با علامت +) از طریق اصل Pauli به طور خودکار در یک حالت چرخش ضد متقارن (به عنوان مثال با علامت -) حاصل می شود. در مقابل ، دافعه الکترونهای کولن ، یعنی گرایشی که آنها سعی می کنند با این دافعه از یکدیگر اجتناب کنند ، منجر به عملکرد مداری ضد متقارن (یعنی با علامت -) این دو ذره و مکمل یک عملکرد چرخش متقارن می شود. (یعنی با علامت + ، یکی از اصطلاحات "توابع سه گانه"). بنابراین ، اکنون چرخش ها موازی می شوند (فرومغناطیس در یک جامد ، پارامغناطیس در گازهای دو اتمی).

آخرین گرایش ذکر شده در فلزات آهن ، کبالت و نیکل و در برخی از زمین های نادر ، که مغناطیسی هستند ، غالب است. بیشتر فلزات دیگر ، که گرایش اولین ذکر شده در آنها غالب است ، غیر مغناطیسی (به عنوان مثال سدیم ، آلومینیوم و منیزیم) یا ضد فرومغناطیسی (به عنوان مثال منگنز) هستند. گازهای دیاتومیک نیز تقریباً منحصراً دیامغناطیس هستند و از نوع مغناطیسی نیستند. با این حال ، مولکول اکسیژن ، به دلیل درگیری اوربیتال های π ، یک استثنا برای علوم علوم مهم است.

ملاحظات هایتلر - لندن را می توان کلی کرد

فیزیک کلاسیک

   (تغییر یافته از فیزیک کلاسیک)

چهار حوزه اصلی فیزیک مدرن

فیزیک کلاسیک گروهی از نظریه های فیزیک است که پیش از نظریه های مدرن ، کامل تر یا کاربردهای گسترده تری وجود دارد. اگر یک نظریه پذیرفته شده در حال حاضر مدرن در نظر گرفته شود ، و مقدمه آن یک تغییر عمده پارادایم را نشان می دهد ، در این صورت نظریه های قبلی یا نظریه های جدید مبتنی بر الگوی قدیمی تر ، اغلب متعلق به قلمرو "فیزیک کلاسیک" خوانده می شوند.

بدین ترتیب ، تعریف نظریه کلاسیک به زمینه بستگی دارد. مفاهیم فیزیکی کلاسیک اغلب هنگامی استفاده می شوند که نظریه های مدرن برای یک موقعیت خاص غیرضروری پیچیده باشند. معمولاً فیزیک کلاسیک به فیزیک قبل از 1900 اشاره دارد ، در حالی که فیزیک مدرن به فیزیک پس از 1900 اشاره دارد که شامل عناصر مکانیک کوانتوم و نسبیت است.

دو قطبی مغناطیسی

مقاله اصلی: دو قطبی مغناطیسی

منبع بسیار متداول میدان مغناطیسی که در طبیعت یافت می شود دو قطبی است ، دارای "قطب جنوب" و "قطب شمال" است ، اصطلاحاتی که به استفاده از آهن ربا به عنوان قطب نما برمی گردد ، در تعامل با میدان مغناطیسی زمین برای نشان دادن شمال و جنوب در جهان. از آنجا که انتهای مخالف آهن ربا جذب می شود ، قطب شمال آهنربا به قطب جنوب آهنربا دیگر جذب می شود. قطب مغناطیسی شمالی زمین (در حال حاضر در اقیانوس منجمد شمالی ، شمال کانادا) از نظر فیزیکی قطب جنوب است ، زیرا قطب شمال قطب نما را به خود جلب می کند. یک میدان مغناطیسی حاوی انرژی است و سیستم های فیزیکی به سمت تنظیمات با انرژی کمتر حرکت می کنند. هنگامی که ماده دیامغناطیسی در یک میدان مغناطیسی قرار می گیرد ، دو قطبی مغناطیسی تمایل دارد که خود را در مقابل قطب مخالف با آن میدان تراز کند و در نتیجه قدرت میدان خالص را کاهش دهد. وقتی مواد فرو مغناطیسی درون یک میدان مغناطیسی قرار می گیرند ، دو قطبی مغناطیسی با میدان اعمال شده همسو می شوند ، بنابراین دیواره های دامنه حوزه های مغناطیسی را گسترش می دهند.

تک قطبی مغناطیسی

مقاله اصلی: تک قطبی مغناطیسی

از آنجا که آهنربا میله ای آهن ربایی خود را از الکترونهایی که به طور مساوی در سراسر میله توزیع می شوند ، بدست می آورد ، هنگامی که یک آهنربا میله ای به دو نیم می شود ، هر یک از قطعات حاصل یک آهنربای میله ای کوچکتر است. حتی اگر گفته می شود که یک آهنربا دارای قطب شمال و قطب جنوب است ، این دو قطب را نمی توان از یکدیگر جدا کرد. تک قطبی - اگر چنین چیزی وجود داشته باشد - نوعی جسم مغناطیسی جدید و اساساً متفاوت خواهد بود. این به عنوان یک قطب شمال منزوی عمل می کند ، به یک قطب جنوب متصل نیست ، یا بالعکس. تک قطبی ها "بار مغناطیسی" مشابه بار الکتریکی دارند. با وجود جستجوی سیستماتیک از سال 1931 ، از سال 2010 ، آنها هرگز مشاهده نشده اند و به خوبی وجود ندارند.

با این وجود ، برخی از مدل های فیزیک نظری وجود این تک قطبی مغناطیسی را پیش بینی می کنند. پل دیراک در سال 1931 مشاهده کرد که ، چون الکتریسیته و مغناطیس تقارن خاصی نشان می دهند ، همانطور که تئوری کوانتوم پیش بینی می کند که بارهای منفرد مثبت یا منفی الکتریکی بدون بار مخالف قابل مشاهده است ، قطب های مغناطیسی جدا شده از جنوب یا شمال باید قابل مشاهده باشند. با استفاده از تئوری کوانتوم ، دیراک نشان داد که اگر تک قطبی مغناطیسی وجود داشته باشد ، می توان میزان بار الکتریکی را توضیح داد - به این دلیل که چرا ذرات بنیادی مشاهده شده بارهایی را حمل می کنند که چندین برابر بار الکترون هستند.

برخی از نظریه های بزرگ و یکپارچه وجود تک قطبی را پیش بینی می کنند که ، بر خلاف ذرات بنیادی ، سالیتون (بسته های انرژی موضعی) هستند. نتایج اولیه استفاده از این مدل ها برای تخمین تعداد تک قطبی ایجاد شده در بیگ بنگ با مشاهدات کیهان شناسی در تناقض بود - تک قطبی ها آنقدر فراوان و عظیم بودند که مدت هاست جلوی گسترش جهان را می گیرند. با این حال ، ایده تورم (که این مشکل به عنوان انگیزه ای جزئی از آن استفاده می شود) در حل این مشکل موفق بود ، مدل هایی را ایجاد کرد که در آنها تک قطبی وجود داشت اما به اندازه کافی نادر بود تا با مشاهدات فعلی سازگار باشد

از نظر فیزیک کلاسیک به عنوان یک فیزیک غیر نسبی ، پیش بینی های نسبیت عام و خاص با نظریه های کلاسیک تفاوت زیادی دارد ، به ویژه در مورد گذشت زمان ، هندسه فضا ، حرکت اجسام در سقوط آزاد ، و انتشار نور. به طور سنتی ، نور با مکانیک کلاسیک با فرض وجود یک محیط ساکن که از طریق آن نور منتشر می شود ، یعنی اتر درخشان ، که بعداً نشان داده شد که وجود ندارد ، سازگار بود.

از نظر ریاضی ، معادلات فیزیک کلاسیک معادلاتی هستند که ثابت پلانک در آنها ظاهر نمی شود. با توجه به اصل مکاتبات و قضیه ارنفست ، با بزرگتر یا گسترده تر شدن یک سیستم ، پویایی های کلاسیک تمایل به ظهور دارند ، به استثنای برخی موارد ، مانند فوق روان بودن. به همین دلیل است که ما می توانیم هنگام کار با اشیا when روزمره مکانیک کوانتوم را نادیده بگیریم و توصیف کلاسیک کافی است. با این حال ، یکی از شدیدترین زمینه های تحقیق در فیزیک ، مکاتبات کلاسیک-کوانتومی است. این زمینه تحقیق مربوط به کشف چگونگی پیدایش قوانین فیزیک کوانتوم در فیزیک کلاسیک است که در حد مقیاس های بزرگ سطح کلاسیک یافت می شود.

نیروی مغناطیسی

خطوط مغناطیسی نیروی آهنربا میله ای که با پر کردن آهن روی کاغذ نشان داده شده است

پرونده: Magnet bar.ogv

تشخیص میدان مغناطیسی با قطب نما و با پر کردن آهن

مقاله اصلی: میدان مغناطیسی

پدیده مغناطیس توسط میدان مغناطیسی "واسطه" می شود. یک جریان الکتریکی یا دو قطبی مغناطیسی یک میدان مغناطیسی ایجاد می کند ، و آن میدان ، به نوبه خود ، نیروهای مغناطیسی را به سایر ذرات موجود در این زمینه ها منتقل می کند.

معادلات ماکسول ، که در مورد جریان های ثابت به قانون Biot – Savart ساده می شوند ، منشأ و رفتار زمینه های حاکم بر این نیروها را توصیف می کنند. بنابراین ، مغناطیس هر زمان که ذرات باردار الکتریکی در حرکت باشند - به عنوان مثال ، از حرکت الکترون ها در جریان الکتریکی ، یا در موارد خاص از حرکت مداری الکترون ها به دور هسته اتم ، مشاهده می شود. آنها همچنین از دو قطبی مغناطیسی "ذاتی" ناشی از چرخش مکانیکی کوانتوم ناشی می شوند.

همان موقعیت هایی که باعث ایجاد میدان های مغناطیسی می شوند - بار در حال حرکت در یک جریان یا در یک اتم ، و دو قطبی مغناطیسی ذاتی - نیز شرایطی هستند که یک میدان مغناطیسی تأثیر می گذارد و نیرویی ایجاد می کند. در زیر فرمول جابجایی بار آورده شده است. برای نیروهای موجود در دو قطبی ذاتی ، به دو قطبی مغناطیسی مراجعه کنید.

هنگامی که یک ذره باردار از طریق یک میدان مغناطیسی B حرکت می کند ، یک نیروی لورنتس F را که توسط محصول متقابل داده می شود ، احساس می کند:

 بار الکتریکی ذره است ، و

v بردار سرعت ذره است

از آنجا که این یک محصول عرضی است ، نیرو هم بر حرکت ذره و هم بر میدان مغناطیسی عمود است. از این رو نتیجه می شود که نیروی مغناطیسی روی ذره کار نمی کند. ممکن است جهت حرکت ذره را تغییر دهد ، اما نمی تواند باعث تسریع یا کند شدن آن شود. بزرگی نیرو است

{

یک ابزار برای تعیین جهت بردار سرعت یک بار متحرک ، میدان مغناطیسی و نیروی وارد شده ، برچسب زدن انگشت اشاره "V" ، انگشت میانی "B" و انگشت شست "F" با دست راست خود است. هنگام ایجاد پیکربندی تفنگ مانند ، با عبور انگشت میانی از زیر انگشت اشاره ، انگشتان به ترتیب بردار سرعت ، بردار میدان مغناطیسی و بردار نیرو را نشان می دهند. به قانون دست راست نیز مراجعه کنید.

آهن ربا

هنگامی که جریان ایجاد می شود یک میدان مغناطیسی ایجاد می شود ، یک آهنربای الکتریکی گیره های کاغذ را به خود جلب می کند. با حذف جریان و میدان مغناطیسی ، آهنربای الکتریکی آنها را از دست می دهد.

آهنربا الکتریکی نوعی آهنربا است که در آن میدان مغناطیسی توسط جریان الکتریکی تولید می شود. با خاموش شدن جریان ، میدان مغناطیسی ناپدید می شود. آهن ربا معمولاً از تعداد زیادی چرخش سیم با فاصله نزدیک تشکیل شده که میدان مغناطیسی را ایجاد می کنند. پیچ های سیم اغلب در اطراف یک هسته مغناطیسی ساخته شده از یک ماده فرومغناطیسی یا آهنربایی مانند آهن پیچیده می شوند. هسته مغناطیسی شار مغناطیسی را متمرکز کرده و یک آهنربا قدرتمندتر می سازد.

مزیت اصلی آهنربا الکتریکی نسبت به آهنربا دائمی این است که می توان با کنترل میزان جریان الکتریکی سیم پیچ ، میدان مغناطیسی را به سرعت تغییر داد. با این حال ، برخلاف آهنربا دائمی که به هیچ نیرویی احتیاج ندارد ، آهنربای الکتریکی برای حفظ میدان مغناطیسی نیاز به جریان مداوم جریان دارد.

آهن ربا به طور گسترده ای به عنوان اجزای سایر وسایل الکتریکی مانند موتورها ، ژنراتورها ، رله ها ، سلونوئیدها ، بلندگوها ، دیسک های سخت ، دستگاه های MRI ، ابزارهای علمی و تجهیزات جداسازی مغناطیسی استفاده می شود. آهن ربا همچنین در صنعت برای جمع آوری و جابجایی اجسام سنگین آهن مانند قراضه آهن و فولاد به کار می رود. الکترومغناطیس در سال 1820 کشف شد.

مغناطیس ، الکتریسیته و نسبیت خاص

مقاله اصلی: الکترومغناطیس کلاسیک و نسبیت خاص

به عنوان یک نتیجه از نظریه نسبیت خاص انیشتین ، برق و مغناطیس با هم پیوند اساسی دارند. هر دو مغناطیس فاقد برق و برق بدون مغناطیس ، با نسبیت خاص مطابقت ندارند ، به دلیل تأثیراتی از قبیل انقباض طول ، اتساع زمان ، و وابسته بودن سرعت نیروی مغناطیسی. با این حال ، وقتی هر دو الکتریسیته و مغناطیس مورد توجه قرار گیرند ، تئوری حاصل (الکترومغناطیس) کاملاً با نسبیت خاص مطابقت دارد. به طور خاص ، پدیده ای که از نظر یک مشاهده گر کاملاً الکتریکی یا مغناطیسی به نظر می رسد ، ممکن است ترکیبی از هر دو به شخص دیگر باشد ، یا به طور کلی سهم نسبی برق و مغناطیس به مراحل مرجع بستگی دارد. بنابراین ، نسبیت خاص ، برق و مغناطیس را به یک پدیده جدا نشدنی بنام الکترومغناطیس مخلوط می کند ، مشابه این که چگونه نسبیت فضا و زمان را به زمان زمان می آمیزد.

تمام مشاهدات مربوط به مغناطیس مغناطیسی در مورد آنچه ممکن است در اصل مغناطیس تلقی شود ، اعمال می شود ، اغتشاشات در میدان مغناطیسی لزوماً با یک میدان الکتریکی غیر صفر همراه است و با سرعت نور منتشر می شود.