كيف يرتبط المغناطيس والكهرباء؟

المغناطيسية والكهرباء هما من أكثر الظواهر غموضًا في العالم اليومي. الكهرباء هي حركة الجسيمات المشحونة دون المجهرية عبر مادة ما. هذا التدفق من الشحنات ، أو "التيار" ، الذي ينتقل عبر أسلاك المنزل يوفر الطاقة الكهربائية التي تحتاجها الأدوات والأجهزة الحديثة. المغناطيسية هي قوة غير مرئية تسمح للمغناطيس بتحريك مغناطيسات أخرى وبعض المعادن عن بعد. على الرغم من أن الأشياء تبدو مختلفة جدًا ، إلا أن المغناطيسية والكهرباء مرتبطان ارتباطًا وثيقًا في الواقع.

في عام 1820 ، لاحظ الفيزيائي الدنماركي هانز كريستيان أورستد شيئًا غير عادي أثناء إجراء تجارب بالكهرباء. وجد أنه عندما يتدفق تيار كهربائي في سلك ، تتحرك إبرة البوصلة الموضوعة في مكان قريب. الشيء الوحيد الذي يمكن أن يفعل ذلك هو المجال المغناطيسي. اكتشف أورستد أن التيار الكهربائي يولد مجالًا مغناطيسيًا.

مايكل فاراداي ، عند سماعه باكتشاف أورستد ، اعتقد أنه إذا كان بإمكان التيارات الكهربائية أن تخلق مجالات مغناطيسية ، فيجب أن تكون الحقول المغناطيسية قادرة على توليد تيارات كهربائية. في عام 1831 ، أثناء إجراء سلسلة من التجارب المصممة لاختبار فكرته ، اكتشف فاراداي أن مغناطيسًا يتحرك بالقرب من سلك يمكن أن يتسبب في تدفق تيار كهربائي في ذلك السلك.

لم يكن من الضروري حتى للمغناطيس أن يتحرك لتوليد الطاقة. كان العامل المهم هو أن المجال المغناطيسي حول السلك يجب أن يتغير. يمكن أن يحدث هذا التغيير بسبب مغناطيس متحرك ، أو عن طريق تثبيت المغناطيس وتحريك الملف ، أو عن طريق زيادة الطاقة وتقليلها في مغناطيس كهربائي. أصبح هذا المبدأ ، القائل بأن المجال المغناطيسي المتغير سيحرض تيارًا كهربائيًا في الموصل ، يُعرف باسم قانون الحث الكهرومغناطيسي.

يوضح اكتشاف أورستد سبب وجود مجالات مغناطيسية للمغناطيس يمكنها تحريك أجسام أخرى. كل المواد تتكون من الذرات. تدور الإلكترونات المشحونة حول نواة ذرية كثيفة. كل ما هو تيار هو شحنة كهربائية متحركة. هذا يعني أن كل ذرة في الطبيعة محاطة بتيار كهربائي صغير ، مما يعني أن جميع الذرات لديها مجال مغناطيسي صغير ، لأنه كما أوضح أورستيد ، تولد التيارات الكهربائية مجالات مغناطيسية. في معظم المواد ، تشير هذه المغناطيسات الذرية الصغيرة في كل اتجاه وتلغي تأثيرات بعضها البعض. هذا هو السبب في أن معظم المواد ليست ممغنطة. لكن في بعض المواد تصطف هذه المغناطيسات الصغيرة ، مما يخلق مجالًا مغناطيسيًا قويًا. هذه المواد عبارة عن مغناطيس ، ودائمًا ما تكون معدنية من نوع ما.

كما أوضح أورستد وفاراداي ، فإن المغناطيسية والكهرباء مترابطتان بشكل وثيق. يبدو أن كل منهما قادر على إنشاء الآخر. حتى المغناطيسات الطبيعية مغناطيسية بسبب كل التيارات الكهربائية الصغيرة التي تمر عبرها بالطريقة الصحيحة تمامًا. لن يكون من الخطأ القول إن المغناطيسية والكهرباء جانبان مختلفان للظاهرة نفسها.