ما هي القوة الكهرومغناطيسية؟

يأتي كل تعقيد الكون من حولنا في النهاية من أربع قوى أساسية: الجاذبية ، والقوة النووية القوية ، والقوة النووية الضعيفة ، والكهرومغناطيسية. يمكن أن تكون الكهرومغناطيسية موضوعًا صعبًا للدراسة ، ولكن أساسيات ماهية القوة وكيف تعمل واضح ومباشر إلى حد ما ، ويخبرك قانون قوة لورنتز ، على وجه الخصوص ، بالنقاط الرئيسية التي تحتاج إليها تفهم. باختصار ، تسبب القوة الكهرومغناطيسية ، على عكس الشحنات - الموجبة والسالبة - جذب بعضها البعض ، وعلى عكس الشحنات التي تتنافر.

TL ؛ DR (طويل جدًا ؛ لم أقرأ)

الكهرومغناطيسية هي واحدة من أربع قوى أساسية في الكون. يصف كيف تتفاعل الجسيمات المشحونة مع المجالات الكهربائية والمغناطيسية ، وكذلك الروابط الأساسية بينهما. تُقاس القوة الكهرومغناطيسية ، مثلها مثل جميع القوى ، بوحدة نيوتن.

يتم وصف القوى الكهروستاتيكية بواسطة قانون كولوم ، ويتم تغطية كل من القوى الكهربائية والمغناطيسية بقانون قوة لورنتز. ومع ذلك ، فإن معادلات ماكسويل الأربعة تقدم الوصف الأكثر تفصيلاً للكهرومغناطيسية.

يجمع مصطلح الكهرومغناطيسية بين القوى الكهربائية والمغناطيسية في كلمة واحدة لأن كلتا القوتين ترجعان إلى نفس الظاهرة الأساسية. تولد الجسيمات "المشحونة" مجالات كهربائية ، وتتفاعل الشحنات الموجبة والسالبة مع هذا المجال بشكل مختلف ، وهو ما يفسر القوة التي نلاحظها. بالنسبة للتفاعلات الكهربائية ، تدفع الجسيمات المشحونة إيجابياً (مثل البروتونات) الجسيمات المشحونة إيجابياً بعيدًا وتجذب الجسيمات سالبة الشحنة (مثل الإلكترونات) والعكس صحيح. تنتشر خطوط المجال الكهربائي مباشرة إلى الخارج من الشحنات الكهربائية الموجبة ، وهذا يدفع الجسيمات في اتجاه - أو في الاتجاه المعاكس - لخطوط المجال.

تأتي المغناطيسية من المجالات المغناطيسية ، والتي يتم إنشاؤها عن طريق الشحنات المتحركة. لا تستجيب الجسيمات للحقول المغناطيسية بنفس الطريقة التي تستجيب بها للمجالات الكهربائية. تشكل خطوط المجال المغناطيسي دوائر ليس لها بداية أو نهاية. استجابةً لها ، تتحرك الجسيمات في اتجاه عمودي على كل من حركتها وخط المجال. كما هو الحال مع القوى الكهربائية ، تتحرك الجسيمات موجبة الشحنة والجسيمات سالبة الشحنة في اتجاهين متعاكسين.

القوة الكهرومغناطيسية هي ثاني أقوى قوة في الطبيعة. القوة النووية القوية هي الأقوى ، والقوى الكهرومغناطيسية أقل قوة بـ137 مرة القوة النووية الضعيفة أصغر بمليون مرة ، والجاذبية أصغر بكثير من البقية (حوالي 6 × 10⁻³⁹ مرات أضعف من القوة النووية القوية).

تشير "القوة الكهروستاتيكية" إلى القوة الكهربائية الناتجة عن الشحنات الثابتة. يتم وصفه بمعادلة بسيطة تعرف باسم قانون كولوم. هذا ينص على أن:

هنا،Fيعني القوة ،كثابت ،ف​₁ وف​₂ هي التهم وصهي المسافة بينهما. تنتج الشحنات الأكبر قوة أكبر ، ويؤدي المزيد من الانفصال إلى إضعاف قوة القوة. كما هو الحال مع جميع القوى ، تُقاس القوة الكهرومغناطيسية بالنيوتن (N). ثابتكله قيمة محددة ، 9 × 10⁹ N م² / ج². تُقاس الشحنة بوحدة الكولوم (C) ، وتقوم بإدخال علامة الشحنة (+ أو -) جنبًا إلى جنب مع القوة ، وبالتالي فإن المعادلة لها قيمة موجبة للتنافر وقيمة سالبة للجذب.

يدمج قانون قوة لورنتز كلاً من القوى المغناطيسية والكهربائية ، لذا فهو أحد أفضل تمثيلات القوة الكهرومغناطيسية. ينص القانون على:

أين​ه​هو المجال المغناطيسي ،​الخامس​هي سرعة الجسيم ، و​ب​هو المجال المغناطيسي. هذه هي جريئة لأنها ناقلات ، والتي لها اتجاه بالإضافة إلى القوة ، و×​ الرمز منتج متجه وليس عملية ضرب بسيطة. تخبرنا المعادلة أن القوة الكلية هي مجموع المجال الكهربائي وحاصل الضرب المتجه لسرعة الجسيم والمجال المغناطيسي ، مضروبًا جميعًا في شحنة الجسيم. ينتج منتج المتجه قوة في اتجاه عمودي على كليهما ، بما يتماشى مع القسم السابق.

تظهر الكهرومغناطيسية في العديد من الأشكال في الحياة اليومية والفيزياء. تتماسك الذرات معًا عن طريق التجاذب الكهرومغناطيسي بين البروتونات في النواة والإلكترونات التي تدور حولها. الضوء عبارة عن موجة كهرومغناطيسية ، حيث يولد مجال كهربائي متذبذب مجالًا مغناطيسيًا متغيرًا ، والذي بدوره يخلق مجالًا كهربائيًا ، وهكذا. هذا ما تنبأت به معادلات ماكسويل (أربع معادلات تشرح كل شيء عن الكهرومغناطيسية في لغة حساب التفاضل والتكامل المتجه) ، بما في ذلك السرعة المميزة التي تنتقل بها.

الكهرومغناطيسية مسؤولة أيضًا عن الكهرباء التي تشغل شاشتك والجهاز الذي تقرأ عليه ، مع دفع تدفق الإلكترونات على طول خطوط المجال الكهربائي لتوفير الطاقة. هذه الأمثلة تخدش سطح نطاق واسع من الظواهر التي تفسرها الكهرومغناطيسية.