الكهرومغناطيسية هي ظاهرة تتعلق بالتفاعلات بين الحقل الكهربائي و الحقل المغناطيسي. تنتج الشحنات الساكنة في النظام حقلًا كهربائيًا وتنتج الشحنات المتحركة حقلًا مغناطيسيًا، إذ يكون الحقلان الكهربائي والمغناطيسي متعامدين دائمًا، وتتحرك الموجة بسرعة الضوء.
أوجد العالم الأسكتلندي جيمس كلارك ماكسويل العلاقة بين الكهرباء والمغناطيسية لأول مرة باستخدام معادلاته التي عُرفَت فيما بعد بمعادلات ماكسويل. وحّدت معادلات ماكسويل التفاضلية الأربعة القوانين الحالية للكهرباء والمغناطيسية مثل قوانين نيوتن، وفرادي، وكيلفين وأمبير.
قبل أن نتعلم معادلات ماكسويل، علينا تعلم 3 عمليات رياضية تُعتَبر مدخلًا بسيطًا للمعادلات.
يشير (مؤثر دل – Del operator) إلى المشتق الجزئي للمعادلة، نكتبه هكذا (∇)، يعطي التدرج (f) تدرج معادلة ما، مثلًا grad f = ∇ f، ما يعني المشتق الجزئي للدالة بالنسبة لمحاور x,y و z في نطاق ثلاثي الأبعاد.
التدرج هو كمية ذات اتجاه (قوة موجهة)، يعطينا عامل التباعد لقوة موجهة كميةً قياسيةً والتي توضح المعدل الذي تخرج عنده شدة مصدر الحقل نطاق معطى من صورة الدالة، يشار لها بـ div v = ∇. V.
يمثل التدور دوران قوة موجهة في حقل ثلاثي الأبعاد، نكتبها curl v = ∇ x v.
المعادلات الأربعة الأساسية لماكسويل:
هنا، يشير (ρ) إلى الشحنة الصافية داخل السطح، بينما يشير (ε0) لسماحية الفراغ، ويمثل (B) الحقل المغناطيسي، ويشير (E) إلى الحقل الكهربائي و (J) إلى شدة التيار.
ينص القانون الأول على أن التدفق الكهربائي الذي يتشكل عبر سطح مغلق يتناسب مع الشحنة المحصورة. أما القانون الثاني فينص على أن التدفق المغناطيسي الناجم عبر سطح مغلق هو صفر.
القانون الثالث يقول أن الحقول المغناطيسية التي تتغير مع الوقت تؤدي إلى حقل كهربائي. وينص القانون الرابع على أن الحقول الكهربائية المتغيرة مع الوقت أو التيارات الثابتة تؤدي إلى حقل مغناطيسي.
لذلك، كما يظهر من المعادلات أعلاه، فإن الحقل الكهربائي المتغير يؤدي إلى حقل مغناطيسي، والحقل المغناطيسي المتغير يؤدي إلى حقل كهربائي.
الحل لمعادلات ماكسويل هو معادلة ثلاثية الأبعاد تمثل موجةً تتحرك بسرعة الضوء، تحمل موجات الطاقة الإلكترومغناطيسية الطاقة خلال فضاء فارغ وتستخدم هذه الطاقة لاستعمالات متنوعة مثل تقنيات الاستشعار عن بعد، وموجات الراديو، والأشعة الفوق بنفسجية وأشياء أخرى.
اقرأ أيضًا:
الأشعة الكهرومغناطيسية والضوء المرئي
سلسلة تاريخ الفيزياء: الكهرومغناطيسية
ترجمة: محمد دهامشة
تدقيق: جعفر الجزيري
