الکترومغناطیسی شاخه ای از فیزیک است که به مطالعه میدان های الکترومغناطیسی می پردازد که هم میدان های الکتریکی و هم میدان های مغناطیسی را در بر می گیرد. این نظریه یکی از پرکاربردترین نظریات فیزیک است؛ تقریبا تمامی دستگاه‌های الکترونیکی که امروزه استفاده می‌کنیم، مثل موبایل، تبلت، لپ‌تاپ و غیره، همگی با حاصل سالها مطالعه و تحقیق در این حوزه و پیشرفت آن هستند. نظریه الکترومغناطیس یک نظریه اساسی است که رفتار ذرات باردار الکتریکی و برهمکنش آنها با یکدیگر را از طریق نیروهای الکتریکی و مغناطیسی توصیف می کند.
برخی مفاهیم کلیدی در الکترومغناطیس
میدان الکتریکی (Electric Field)
میدان الکتریکی ناحیه ای از فضا در اطراف یک ذره یا جسم باردار الکتریکی است که در آن بر سایر بارهای الکتریکی نیرو وارد می کند. شدت و جهت میدان الکتریکی به بزرگی و علامت بار ایجاد کننده آن بستگی دارد. میدان‌های الکتریکی با خطوط میدان الکتریکی نشان داده می‌شوند که از بارهای مثبت به سمت بارهای منفی حرکت می‌کنند. تراکم خطوط نشان دهنده قدرت میدان است. این میدان‌ها مسئول جذب یا دفع بارها هستند. مانند بارها یکدیگر را دفع می کنند، در حالی که بارهای مخالف جذب می شوند.
میدان مغناطیسی (Magnetic Field)
میدان های مغناطیسی با حرکت بارهای الکتریکی تولید می شوند. آنها همچنین در مواد مغناطیسی خاصی حتی در غیاب بارهای متحرک (آهنربای دائمی) وجود دارند. مانند میدان های الکتریکی، میدان های مغناطیسی دارای خطوط میدان هستند که حلقه های بسته را تشکیل می دهند. آنها از قطب شمال آهنربا به قطب جنوب آن هدایت می شوند.
قدرت میدان مغناطیسی به قدرت منبع مغناطیسی و فاصله از آن بستگی دارد.
امواج الکترومغناطیسی (Electromagnetic Waves)
امواج الکترومغناطیسی ترکیبی از میدان های الکتریکی و مغناطیسی نوسانی هستند که با سرعت نور (تقریباً 299792458 متر در ثانیه در خلاء) در فضا منتشر می شوند. این امواج برای عبور از آنها به وسیله ای نیاز ندارند. آنها می توانند از طریق خلاء و همچنین از طریق مواد مختلف حرکت کنند. امواج الکترومغناطیسی دارای طیف وسیعی از فرکانس ها هستند که طیف الکترومغناطیسی را تشکیل می دهند. فرکانس های مختلف با انواع مختلف تابش مطابقت دارند، مانند امواج رادیویی، مایکروویو، مادون قرمز، نور مرئی، فرابنفش، اشعه ایکس و اشعه گاما.
معادلات مکسول
جیمز کلرک ماکسول چهار معادله اساسی را فرموله کرد که به عنوان پایه و اساس الکترومغناطیسی کلاسیک عمل می کنند. آن ها هستند:
- قانون گاوس برای الکتریسیته: شار الکتریکی را از طریق یک سطح بسته به بار الکتریکی محصور مرتبط می کند.
- قانون گاوس برای مغناطیس: این قانون بیان می کند که هیچ تک قطبی مغناطیسی وجود ندارد و خطوط میدان مغناطیسی همیشه حلقه های بسته هستند.
- قانون القای الکترومغناطیسی فارادی: توضیح می دهد که چگونه یک میدان مغناطیسی در حال تغییر، نیروی الکتروموتور (EMF) و در نتیجه میدان الکتریکی را در یک رسانا القا می کند.
- قانون آمپر با افزودن ماکسول: میدان مغناطیسی را به جریان الکتریکی که از یک رسانا می گذرد مرتبط می کند و عبارتی برای محاسبه میدان های الکتریکی متغیر با زمان دارد.
القای الکترومغناطیسی
وقتی یک هادی (مانند سیم) در معرض یک میدان مغناطیسی متغیر قرار می گیرد، جریان الکتریکی در هادی القا می شود. این اصل پشت کار ژنراتورها و ترانسفورماتورها است. تشعشعات الکترومغناطیسی: بارهای الکتریکی شتاب دهنده، مانند آنتن، امواج الکترومغناطیسی ساطع می کنند که در فضا منتشر می شوند و اطلاعات را حمل می کنند. این اساس ارتباطات رادیویی و سایر فناوری های بی سیم را تشکیل می دهد.
