نیروی الکترو مغناطیس


نیروی الکترو مغناطیس: این نیرو یکی از چهار نیروی اصلی طبیعت است که در ابتدا تصور می شد، الکتریسیته


و مغناطیس به عنوان دو نیروی جدا از هم عمل می کنند.اما جمیز کلارک ماکسول در سال 1873 میلادی طی

انتشار رساله الکترومغناطیس،نشان داد که تعامل (داد و ستد) بارهای مثبت + و بارهای منفی - توسط یک نیرو

تنظیم می شود.


چهار اثر عمده ناشی از تداخل بارهای مثبت و منفی که در زیر آمده است،به وضوح توسط آزمایش ها نشان داده

شده اند.


1-نیروی الکتریکی که بارها را به وسیله خودشان جذب و یا دفع می کنند. مقدار این نیروی الکتریکی متناسب

است با معکوس مربع فاصله بین بارها.


2-قطب مغناطیسی همیشه به صورت جفت توسط خطوط میدان مغناطیسی به هم متصل می شوند. یعنی قطب

شمال مغناطیسی به قطب جنوب مغناطیسی متصل است.


3- جریان الکتریکی که در سیم جاری است در اطراف سیم حامل این جریان الکتریکی یک میدان مغناطیس دایره

ای تولید می کند که جهت این میدان بستگی به جهت جریان الکتریکی در سیم دارد.


4-هنگامی که حلقه ی سیم به سمت میدان مغناطیسی یا دور از میدان مغناطیسی حرکت می کند، و یا میدان

مغناطیسی به سمت نزدیک شدن و یا دور شدن از آن نقل مکان کند،جهت آن بسته به جهت جریان در آن جنبش

است.












چند نکته مهم

هانس در سال 1820 میلادی مشاهدات شگفت آوری کسب کرد. او متوجه شد زمانی که جریان الکتریکی

حاصل از باتری روشن و خاموش می شود،سوزن قطب نما از قطب مثبت منحرف می گردد. این انحراف او را

متقاعد کرد که میدان های مغناطیسی از طرف یک سیم حامل جریان الکتریکی تاثیر می پذیرد.این نشان می دهد

که رابطه مستقیم بین الکتریسیته و مغناطیس وجود دارد.


یافته های هانس نشان می داد، یک سیم که حامل جریان الکتریکی است حول خودش تولید میدان مغناطیسی

می کند. CGS واحد القای مغناطیس است که بنام او نامگذاری شده است.



















تغییر میدان الکتریکی تولید میدان مغناطیسی و برعکس تغییر میدان مغناطیسی تولید میدان الکتریکی می

کند.این اثر بنام القای الکترومغناطیس شناخته شده است.














میدان های الکتریکی عامل چند پدیده الکتریکی معمول مانند پتانسیل الکتریکی(مانند ولتاژ باتری) و جریان

الکتریکی (مانند جریان برق) می کند. میدان های مغناطیسی عامل نیروی مربوط به آهنرباها هستند.


وقتی که دو الکترون با بار الکتریکی منفی همدیگر را دفع می کنند یکی از الکترون ها یک فوتون کسیل می

کند و دیگری آن را در می آشامد. هر چند فوتون ها جرم ندارند اما انرژی شان به آنها اندازه حرکت می دهد.

اندازه حرکت فوتون دو الکترون را از هم دور نکه می دارد.



نیروی الکترومغناطیس اتم ها ،مولکول ها و اجزای ماده را کنار هم نکه داشته و ساختار های بزرگتر را

بوجود می آورد.


نیروی الکترومغناطیس مسئول همه ی تغییرات شیمیایی است.


نیروی الکترومغناطیس باعث می شود که الکترون با بار منفی جذب بار مثبت پروتون هسته اتم شود و یا با

چرخش الکترون به دور هسته ، اتم های پایدار بوجود بی آورد.





نیروی الکترومغناطیس با ایجاد پیوند میان اتم ها و مولکول ها ، ماده را می سازد و به آن انسجام می

بخشد و باعث می شود سیب پس از افتادن ار درخت به درون زمین فرو نرود.


نیروی الکترومغناطیس () بار از نیروی گرانش قوی تر است. یعنی اگر بزرگی نیروی گرانش را به

اندازه یک نخود فرض کنیم ، بزرگی نیروی الکترومغناطیس از کل عالم هستی بزرگتر است.


برای این که به توانیم نیروی الکترومغناطیس را بین دو ذره بار دار را احساس کنیم باید به فاصله ده

میلیاردم متری () هسته اتم برسیم.


شدت میدان مغناطیسی امواج الکترومغناطیس ، نسبت به شدت میدان الکتریکی آن بسیار ضعیف است.


مقدار سرعت نور به خوبی نشان می دهد که شدت میدان الکتریکی تا چه اندازه از شدت میدان مغناطیسی

قوی تر است.


بطور خلاصه کار نیروی الکترومغناطیس این است که بارهای همنام یکدیگر را دفع و بار های غیر همنام

یکدیگر را جذب کنند.





اتم از دو بخش ساخته شده است که یک بخش آن را هسته تشگیل می دهد که خود هسته از پروتون ها و

نوترون ا ساخته شده است و پروتون هاو نوترون ها نیز خود از ذرات کوچکتری بنام کوارک ها ساخته شده

اند.اما بخش بیرونی اتم که دور تا دور هسته را اشغال می کند و شعاع آن حداکثر تا فاصله ده میلیاردم متر

() کشیده می شود را الکترون ها و مدارات دور هسته تشگیل می دهند.


میدان الکتریکی تشگیل شده از بار - رنگ های منفی و مثبت و یک میدان مغناطیسی ضعیف.


  دو بار الکتریکی منفی و مثبت باهم میدان الکتریکی و میدان مغناصیسی تولید می کنند.


الکترون فوتون منفی و پروتون فوتون مثبت تولید کرده و در فضا منتشر می کنند و بدین ترتیب در اطراف

خود میدان الکتریکی ایجاد می نمایند.



این نیرو میان ذرات باردار ایجاد می شود. و همچنین نیروی الکترومغناطیسی بر ذرات باردار که در میدان

مغناطیسی در حال حرکتند، وارد می شود. این نیرو توسط فوتون ها، بین ذرات باردار منتقل می شود.



اکثر نیروهای مورد استفاده در زندگی از نوع نیروهای الکترو مغناطیسی هستند.


بین دو بار همنام نیروی الکتریکی دافعه و بین دو بار غیر همنام نیروی الکتریکی جاذبه بوجود می‌آید که بنا

بر قانون کولن اندازه این نیروها F با حاصلضرب بارها q رابطه مستقیم و با مجذور فاصله انها r رابطه عکس

دارد.



نیروی الکترومغناطیسی میان بارهای همنام باعث می شود آنها یکدیگر را دفع کنند چگونه ممکن است ۹۲

پروتون با بار مثبت همراه ۱۴۳ نوترون، درون هسته یک اتم تجمع کنند و اتمی مانند اورانیوم ۲۳۵ را به وجود

آورند؟ پاسخ به این پرسش، دانشمندان را به کشف نیروی سوم یعنی نیروی هسته ای قوی هدایت کرد.




آیا ذره و نیروی اولیه وجود دارد؟ "آلبرت اینشتین " در زمان خود تلاش بسیار كرد كه تمام نیروهای طبیعی


را در یك نیروی اولیه خلاصه كند .


امروز حدود 30سال پس از در گذشت او فیزیكدانها موفق شده اند نشان دهنده كه در درجه حرارتها و انرژیهای


بسیار بالاتفاوت بین نیروی الكتروو مغناطیسی و نیروی ضعیف از بین می رود امكان دارد كه در در جه حرارتها و


انرژی ذره ای خیلی بالاتر تفاوت بین نیروی قوی و نیروی ضعیف و همچنین تفاوت بین "لپتونها " و "كوارك ها


" نیز از بین برود به گونه ای كه فقط یك ذره اولیه و یك نیروی اولیه وجود داشته با شد .


چنین روابطی را حتی با بزرگترین شتاب دهنده ها نیز نمی توان برقراركرد ولی "فرضیه وحدت نیروها " احتمالاَ


می توانسته مدت بسیار كوتاهی پس از "انفجار اولیه " وجود داشته باشد یعنی زمانی كه هنوز تمام كیهان به


صورت یك گو ی آتشین فوق فشرده ودارای بار انرژی عظیمی بوده است .



فیزیكدانهای قرن 21 می توانند این پرسش را مطرح كنند كه آیا كواركها و الكترونها هم ازذرات كوچكتری


ساخته شده اند ؟


تا یافتن پاسخی برای پرسشهای مطرح شده در این زمینه بایدبه این نتیجه غیر قطعی اكتفا كنیم كه :


12ذره بنیادی اولیه یعنی 6نوع كوارك و 6نوع لپتون وجود دارد كه از آنها فقط 3ذره به نامهای کوارک بالا ،


کوارک پایین و  الکترون در ساختار جهان نقشی را به عهده دارند .



تمام ذرات شناخته شده جهان را می توان به دو زیر گروه تقسیم کرد.


1- ذرات با اسپین (): متعلق به ذرات تشگیل دهنده ماده درجهان هستند. این ذرات را فرمیون می نامند.


2- ذرات با اسپین (0،1،2): این ذرات حامل نیرو هایی هستند که بر ذرات ماده اثر می گذارند.به این ذرات


حامل نیروهای ذرات مجازی می کویند.


مثال: ذره ای مانند الکترون یا کوارک،از خودشان ذراتی حامل نیرو منتشر میکنند که سرعت این ذرات تغییر می


کند.اگر این ذرات حامل نیرو با یک ذره مادی برخود کنن جذب آن ذره می شوند و سرعت ذره را تغییر می دهند.




دو ذره ماده که مشابه هم هشتند نمی توانند در یک حالت وجود داشته باشند.اما ذرات حامل نیرو از این


اصل پیروی نمی کنند.زیرا محدودیتی در تعداد ذرات حامل نیرو مشابه که باهم مبادله و تولید نیرو می کنند


وجود ندارد.



اگر ذرات حامل نیرو جرم زیادی داشته باشند،شعاع عملی که تولید می کنند ضعیف و کوناه خواهد بود.به


همین علت برهم کنش آنها در فاصله های بزرگ دچار مشگل زیادی می شود.



اگر ذرات حامل نیرو  هیچ جرمی نداشته باشند،شعاع عملی که تولید می کنند خیلی بزرگ خواهد بود.