ریاضیات

تاریخچه

نوشتار اصلی: تاریخچه نظریه الکترومغناطیسی

همچنین ببینید: جدول زمانی الکترومغناطیس و اپتیک کلاسیک

یکی از اولین نقاشی‌های میدان مغناطیسی، توسط رنه دکارت ، در سال 1644، که زمین را در حال جذب سنگ‌های سنگی نشان می‌دهد . این نظریه او را نشان داد که مغناطیس ناشی از گردش ذرات مارپیچ کوچک، "قطعات رزوه ای" از طریق منافذ رشته ای در آهنرباها است.

تحولات اولیه

در حالی که آهنرباها و برخی از خواص مغناطیس برای جوامع باستانی شناخته شده بودند، تحقیقات میدان های مغناطیسی در سال 1269 زمانی که محقق فرانسوی پتروس پرگرینوس د ماریکور نقشه میدان مغناطیسی روی سطح آهنربای کروی را با استفاده از سوزن های آهنی ترسیم کرد، آغاز شد. او با توجه به خطوط میدان حاصله که در دو نقطه متقاطع شده اند، آن نقاط را در قیاس با قطب های زمین "قطب" نامید. او همچنین این اصل را بیان کرد که آهنرباها همیشه دارای قطب شمال و جنوب هستند، مهم نیست که چقدر ریز آنها را برش دهیم. [ 53 ] [ یادداشت 14 ]

تقریباً سه قرن بعد، ویلیام گیلبرت از کولچستر کارهای پتروس پرگرینوس را تکرار کرد و اولین کسی بود که به صراحت اعلام کرد که زمین یک آهنربا است. [ 54 ] : 34  که در سال 1600 منتشر شد، کار گیلبرت، De Magnete ، به ایجاد مغناطیس به عنوان یک علم کمک کرد.

توسعه ریاضی

هانس کریستین اورستد ، Der Geist in der Natur ، 1854

در سال 1750، جان میشل بیان کرد که قطب های مغناطیسی مطابق با قانون مربع معکوس جذب و دفع می شوند [ 54 ] : 56  چارلز آگوستین دو کولمب به طور تجربی این را در سال 1785 تأیید کرد و به صراحت اظهار داشت که قطب شمال و جنوب را نمی توان از هم جدا کرد. [ 54 ] : 59  با تکیه بر این نیرو بین قطب ها، سیمئون دنیس پواسون (1781-1840) اولین مدل موفق میدان مغناطیسی را ایجاد کرد که در سال 1824 ارائه کرد. [ 54 ] : 64  در این مدل، یک میدان H مغناطیسی توسط قطب های مغناطیسی تولید می شود و مغناطیس ناشی از جفت های کوچک قطب مغناطیسی شمال-جنوب است.

سه اکتشاف در سال 1820 این بنیاد مغناطیس را به چالش کشید. هانس کریستین اورستد نشان داد که یک سیم حامل جریان توسط یک میدان مغناطیسی دایره ای احاطه شده است. [ یادداشت 15 ] [ 55 ] سپس آندره ماری آمپر نشان داد که سیم های موازی با جریان اگر جریان ها در یک جهت باشند یکدیگر را جذب می کنند و اگر در جهت مخالف باشند دفع می کنند. [ 54 ] : 87  [ 56 ] سرانجام، ژان باپتیست بیو و فلیکس ساوارت نتایج تجربی را در مورد نیروهایی اعلام کردند که یک سیم بلند و مستقیم حامل جریان بر روی آهنربای کوچکی اعمال می کند و نیروها را تعیین می کند که با فاصله عمود از زمین نسبت معکوس دارند. سیم به آهنربا [ 57 ] [ 54 ] : 86  لاپلاس بعداً بر اساس عمل دیفرانسیل یک بخش دیفرانسیل سیم، قانون نیرو را استنباط کرد، [ 57 ] [ 58 ] که به قانون بیوت-ساوارت معروف شد ، زیرا لاپلاس خود را منتشر نکرد. یافته ها [ 59 ]

آمپر با گسترش این آزمایشات، مدل موفق خود از مغناطیس را در سال 1825 منتشر کرد. در آن، او معادل بودن جریان های الکتریکی را با آهنرباها نشان داد [ 54 ] : 88  و پیشنهاد کرد که مغناطیس به جای دوقطبی های مغناطیسی به دلیل حلقه های دائمی جریان است. شارژ در مدل پواسون [ یادداشت 16 ] بعلاوه، آمپر هم قانون نیروی آمپر را که نیروی بین دو جریان را توصیف می کند و هم قانون آمپر را استخراج کرد که مانند قانون بیوت-ساوارت، میدان مغناطیسی تولید شده توسط جریان ثابت را به درستی توصیف می کند. همچنین در این کار، آمپر اصطلاح الکترودینامیک را برای توصیف رابطه بین الکتریسیته و مغناطیس معرفی کرد. [ 54 ] : 88-92 

در سال 1831، مایکل فارادی القای الکترومغناطیسی را کشف کرد ، زمانی که متوجه شد که یک میدان مغناطیسی در حال تغییر، یک میدان الکتریکی حلقه‌ای ایجاد می‌کند و آنچه را که اکنون به عنوان قانون القای فارادی شناخته می‌شود، فرموله می‌کند . [ 54 ] : 189-192  بعدها، فرانتس ارنست نویمان ثابت کرد که برای یک هادی متحرک در میدان مغناطیسی، القاء نتیجه قانون نیروی آمپر است. [ 54 ] : 222  در این فرآیند، او پتانسیل بردار مغناطیسی را معرفی کرد، که بعدها نشان داد که معادل مکانیسم اساسی پیشنهاد شده توسط فارادی است. [ 54 ] : 225 

در سال 1850، لرد کلوین ، که در آن زمان با نام ویلیام تامسون شناخته می شد، بین دو میدان مغناطیسی که اکنون H و B نشان داده می شوند، تمایز قائل شد . اولی برای مدل پواسون و دومی به مدل آمپر و استقرا اعمال می شود. [ 54 ] : 224  علاوه بر این، او چگونگی ارتباط H و B را به یکدیگر استخراج کرد و اصطلاح نفوذپذیری را ابداع کرد . [ 54 ] : 245  [ 60 ]

بین سال‌های 1861 و 1865، جیمز کلرک ماکسول معادلات ماکسول را توسعه داد و منتشر کرد ، که تمام الکتریسیته کلاسیک و مغناطیس را توضیح داده و متحد می‌کرد. اولین مجموعه از این معادلات در مقاله ای با عنوان خطوط فیزیکی نیرو در سال 1861 منتشر شد. این معادلات معتبر اما ناقص بودند. ماکسول مجموعه معادلات خود را در مقاله بعدی خود در سال 1865 با عنوان نظریه دینامیکی میدان الکترومغناطیسی تکمیل کرد و این واقعیت را نشان داد که نور یک موج الکترومغناطیسی است . هاینریش هرتز مقالاتی را در سالهای 1887 و 1888 به صورت تجربی منتشر کرد که این واقعیت را تأیید می کرد. [ 61 ] [ 62 ]

تحولات مدرن

در سال 1887، تسلا یک موتور القایی ساخت که با جریان متناوب کار می کرد . موتور از جریان چند فازی استفاده می‌کرد که یک میدان مغناطیسی دوار برای چرخاندن موتور ایجاد می‌کرد (اصلی که تسلا ادعا کرد در سال 1882 آن را تصور کرده است). [ 63 ] [ 64 ] [ 65 ] تسلا در ماه مه 1888 حق امتیازی برای موتور الکتریکی خود دریافت کرد . علوم در تورین ، تنها دو ماه قبل از اعطای حق اختراع تسلا، در ماه مارس 1888. [ 68 ]

قرن بیستم نشان داد که الکترودینامیک کلاسیک از قبل با نسبیت خاص سازگار است و الکترودینامیک کلاسیک را برای کار با مکانیک کوانتومی گسترش داد. آلبرت انیشتین در مقاله خود در سال 1905 که نسبیت را پایه گذاری کرد، نشان داد که هر دو میدان الکتریکی و مغناطیسی بخشی از پدیده های مشابهی هستند که از چارچوب های مرجع مختلف مشاهده می شوند. سرانجام، میدان نوظهور مکانیک کوانتومی با الکترودینامیک ادغام شد تا الکترودینامیک کوانتومی را تشکیل دهد ، که برای اولین بار این تصور را که انرژی میدان الکترومغناطیسی به شکل فوتون کوانتیزه می‌شود، رسمیت بخشید.

همچنین ببینید

ژنرال

• مغناطیس هیدرودینامیک - مطالعه دینامیک سیالات رسانای الکتریکی
• پسماند مغناطیسی - کاربرد در فرومغناطیس
• نانوذرات مغناطیسی - ذرات مغناطیسی بسیار کوچک که ده‌ها اتم عرض دارند
• اتصال مجدد مغناطیسی - اثری که باعث شعله های خورشیدی و شفق های قطبی می شود
• پتانسیل اسکالر مغناطیسی
• واحدهای الکترومغناطیس SI - واحدهای رایج مورد استفاده در الکترومغناطیس
• ترتیب بزرگی (میدان مغناطیسی) - فهرست منابع میدان مغناطیسی و دستگاه های اندازه گیری از کوچکترین میدان مغناطیسی تا بزرگترین میدان مغناطیسی شناسایی شده
• ادامه صعودی
• اثر موسی

ریاضیات

• مارپیچ مغناطیسی - میزانی که یک میدان مغناطیسی به دور خود می پیچد

برنامه های کاربردی

• نظریه دینامو - مکانیزم پیشنهادی برای ایجاد میدان مغناطیسی زمین
• سیم پیچ هلمهولتز - وسیله ای برای تولید ناحیه ای با میدان مغناطیسی تقریباً یکنواخت
• فیلم مشاهده میدان مغناطیسی - فیلمی که برای مشاهده میدان مغناطیسی یک منطقه استفاده می شود
• تپانچه مغناطیسی - وسیله ای بر روی اژدرها یا مین های دریایی که میدان مغناطیسی هدف خود را تشخیص می دهد.
• سیم پیچ ماکسول - وسیله ای برای تولید حجم زیادی از یک میدان مغناطیسی تقریبا ثابت
• میدان مغناطیسی ستاره ای - بحث در مورد میدان مغناطیسی ستارگان
• لوله تلترون - دستگاهی که برای نمایش پرتو الکترونی استفاده می شود و اثر میدان های الکتریکی و مغناطیسی را بر بارهای متحرک نشان می دهد.

https://en.wikipedia.org/wiki/Magnetic_field