الفيزياء الكهرومغناطيسية هي فيزياء المجال المغناطيسي (أوالحركة المغناطيسية الكهربائية) هوفرع من فروع الفيزياء يفهم العلاقة بين الكهرباء والمغناطيسية، حيث يؤثر مجال مغناطيسي على الشحنة الكهربائية أوالجسيم المشحون كهربائياً (والمقصود بالجسيم يختلف من آن لآخر ففي الكهرومغناطيسية الكلاسيكيةقد يكون المقصود بالجسيم هوالجسيم النقطي، أما في الديناميكا الكهربائية الكموميةقد يكون المقصد هوالجسيم الأولى) ، وفي اللقاء يتأثر المجال أيضاً بوجود تلك الجسيمات وحركتها في هذا المجال.

المجال المغناطيسي المتغير يخلق مجالاً كهربائياً (وهذه الظاهرة تسمى بالحث الكهرومغناطيسي وهي أساس عمل المولدات الكهربائية والمحركات الكهربائية والمحول الكهربائي)، وبالمثل يخلق المجال الكهربائي المتغير مجالاً مغناطيسياً ؛ وبسبب هذه التبادلية ما بين المجالين الكهربائي والمغناطيسي يصبح من الطبيعي حتى نعتبرهم وجهان لعملة واحدة ألا وهي المجال الكهرومغناطيسي.

ينشئ المجال المغناطيسي نتيجة لحركة الشحنات الكهربائية (كمثال:التيار الكهربائي)، ويسبب المجال المغناطيسي في وجود تلك القوي المغناطيسية المصاحبة للمغناطيس.

تفصيل

في الفيزياء القوة الكهرومغناطيسية أوالتآثر الكهرومغناطيسي (بالإنجليزية: Electromagnetism) هي ذلك المجال الكهرومغناطيسي الذي يؤثر على الجسيمات ذات الشحنة الكهربائية، مثل الإلكترون والبروتون وجسيمات ألفا والأيونات. وهي القوة التي تربط الإلكترونات في الذرات ، كما تربط الذرات في الجزيئات.

وتؤثر القوة الكهرومغناطيسية بواسطة تبادل جسيمات لا كتلة لها وتسمى فوتونات وشبه الفوتونات . والفوتونات هي نفسها موجات كهرومغناطيسية .والقوة الكهرومغناطيسية تعمل على تجاذب الجسيمات المشحونة ذات الشحنة المضادة، أي تجاذب الشحنة الموجبة والشحنة السالبة، وتعمل على تنافر الجسيمات التي تحمل نفس النوع من الشحنة .

والقوة الكهرومغناطيسية هي واحدة من ضمن أربعة قوى أساسية نعهدها تتحكم في بناء العالم المادي . والثلاثة قوى الأخرى هي :

• القوة الشديدة (strong force) (النووية) وهي تعمل في نواة الذرة وتربط بين البروتونات والنيوترونات،
• القوة النووية الضعيفة (weak force ) وهي تعمل داخل نواة الذرة وهي المسؤولة عن النشاط الأشعاعي لنواة الذرة ،
• قوة الجاذبية أوالثنطقة (gravity ) وهذه تعمل بين الكتل، ويبلغ مداها إلي مالا نهاية. وقوة الجاذبية تعمل بين جميع الأجسام، وتظهر واضحة في التكوين الكري للأجسام السماوية من كواكب وشـموس، وكذلك تتحكم في أفلاك الكواكب حول الشمس ، ودوران المجرات.

القوة الكهرومغناطيسية هي التي تربط الإلكترونات بأنوية الذرات، وتربط الذرات بعضها البعض مكونة جزيئات وهي القوة المتحكمة في البنية البلورية . والقوة الشديدة هي التي تربط الكواركات في نواة الذرة وتربط ومكونات النواة (البروتونات) رغم شحناتها المتنافرة الموجبة . وقوة الجاذبية هي التي تكوّر الأرض وتكور الشمس وتجعل الكواكب تدور في أفلاك حول الشمس، وهي التي تربط المجرات بعضها البعض، وهي التي تجعلنا منجذبين إلى الأرض.

تاريخ الكهرومغناطيسية

اعتقد في الماضي حتى ظاهرة المغناطيسية وظاهرة الكهرباء قوتان منفصلتان . ولكن تلك الرؤية تغيرت عن طريق جيمس ماكسويل في عام 1873 في رسالة فهمية تحت عنوان "دراسات عن الكهرباء والمغناطيسية" حيث بين حتى التآثر بين شحنات موجبة وسالبة تتحكم فيه قوة واحدة . وبين "ماكسويل" أنه توجد أربعة تأثيرات لتلك التفاعلات المتبادلة، تظهر جميعها خلال التجارب العملية:

1. تتجاذب الشحنات الكهربائية أوتتنافر من بعضها البعض بقوة تتناسب تناسبا عكسيا مع مربع المسافة بينهما تتجاذب الشحنات المتضادة (سالبة، وموجبة) ، وتتنافر الشحنات المتماثلة .
2. الأقطاب المغناطيسية تتجاذب أوتتنافر بطريقة مماثلة لسلوك الشحنات الكهربائية، ويوجد للمغناطيس نوعين من الأقطاب . يرتبط قطب شمالي دائما بقطب جنوبي .
3. ينتج التيار الكهربائي مجالا مغناطيسيا دائريا حول السلك، ويكون اتجاه دورانه (إما في اتجاه عقرب الساعة أوفي عكس اتجاهها ) بحسب اتجاه التيار في السلك،
4. عندما يتحرك سلك في مجال مغناطيسي ينشأ فيه بالتأثير تيار كهربائي، كما ينشأ تيار كهربائي عند تحرك مغناطيسي إلى سلك أومبتعدا عنه، ويعتمد اتجاه التيار على اتجاه حركة المغناطيس.

لاحظ هانز أورستد في 21 أبريل 1820 وهويُعد أحد التجارب حتى إبرة البوصلة تنحرف عن اتجاهها نحوالشمال عندما كان يغلق ويفتح التيار في دائرة كهربائية يُعدها . وأقنعة التامل في تلك الظاهرة بأن تيارا كهربائيا يمر في سلك يتسبب في حدوث مجالا مغناطيسيا حول السلك، طبقا لانتشار الضوء . وتأكد من وجود علاقة بين الكهرباء والمغناطيسية .

ولم يستطع أورستد تفسير تلك الظاهرة ولم يصيغها في معادلة رياضية تصف سلوكها . ولكنه ركز البحث في تلك الظاهرة بعدها بثلاثة أشهر، وقام بنشر رسالة فهمية مبينا حتى مرور تيار كهربائي يتسبب في نشأة مجالا مغناطيسيا حوله . وقد سميت وحدة اورستد للحث الكهرومغناطيسي في نظام وحدات سنتيمتر غرام ثانية cgs بإسمه تكريما لإنجازاته الفهمية على هذا السبيل.

كانت نتائجئه واعزا على ابحاث مستفيضة للفهماء عن الحركية الكهربائية . واستطاع الفيزيائي الفرنسي أندريه أمبير صياغة معادلة رياضية واحدة تصف القوة المغناطيسية بين سلكين يمر فيهما تيار .

يعتبر هذا التوحيد بين المغناطيسية والكهرباء والذي شاهده فاراداي ، ثم صاغه ماكسويل بالإضافة إلى ما قام به هاينريش هيرتز من أعمال، يعتبر من أبرز الإنجازات الفهمية في القرن التاسع عشر في مجال الفيزياء النظرية. وتعلقت بها تبعات هامة، من ضمنها فهم طبيعة الضوء.

ومع اكتشاف نظرية الكم في مطلع القرن العشرين تعمق فهمنا للضوء وللموجات الكهرومغناطيسية، فنعهد اليوم حتى تلك الأشعة في صورة كمومية وتنتشر ذاتيا في هيئة مجال كهرومغناطيسي ترددي . وباختلاف تردد الاهتزاز تنتج أنواع مختلفة من الأشعة الكهرومغناطيسية ، منها الموجات الراديوية ذات الترددات المنخفضة، إلى الضوء المرئي ذوترددات متوسطة، إلى أشعة إكس ذات تردد عالي، ثم إلى أشعة غاما ذات الترددات العالية جدا .

لم يكن " أورستد" العالم الوحيد الذي ربط بين الكهرباء والمغناطيسية . في عام 1802 قام العالم الإيطالي "جيان روماجنوزي" بدراسة انحراف إبرة البوصلة في وجود شحنات كهرباء ثابتة electrostatic charges. ولكن لم ينتبه الفهماء إلى هذا الاكتشاف في عام 1802 .

القوة الكهرومغناطيسية

أنظر أيضا قانون لورنتس

القوة الكهرومغناطيسية هي القوة التي يؤثر بها المجال الكهرومغناطيسي على الجسيمات الكهربية.

القوة الكهرومغناطيسية هي واحدة من بين أربع قوي أساسية في الطبيعة ؛ وباقى تلك القوي الأساسية هي القوي النووية القوية (وهي تلك المسئولة عن ترابط نواة الذرة)،والقوي النووية الضعيفة والجاذبية ؛ فأي قوة في عالمنا تعبير عن تجميع لنسب مختلفة من هذه القوي الأربع الأساسية.

القوي الكهرومغناطيسية هي المسئولة عمليا عن جميع مظاهر الحياة اليومية العادية فيما عدا الجاذبية؛فكل القوي المؤثرة في ربط ما بين الذرات وبعضها البعض يمكن ارجاعها إلى القوة الكهرومغناطيسية التي تؤثر على الجسيمات الكهربية في الذرّة من الكترونات وبروتونات؛ وبذلك يمكن اعتبار قوي "الشد" و"الدفع" التي نتعرض لها في حياتنا اليومية العادية عند الاصطدام بالأجسام العادية آتية من قوى الترابط ما بين الذرات المكونة لأجسامنا وتلك الذرات المكونة للأجسام التي صدمناها.إذا أدخلنا للمخ نسبه كهرومغناطيسيه للمخ بنسبه 15% ماذا يحدث سيتم تغيير شحنات السالبه إلي شحنات تفيد إنسان ومن الممكن علاج الصداع عن طريق كهرومغناطيسيه أومشاكل نفسيه دون عقار ويتم توجيه الكهرومغناطيسيه إلي أمام الوجه فوق الرأس ليكون مركز الإجابة هوفص الأمامي للمخ

المغناطيس الكهربائي

المغناطيس الكهربائي تعبير عن مغناطيس تتولد فيه المغناطيسية فقط بسبب تدفق تيار كهربي خلال سلك ما. وعادة ما تُصنع المغانط الكهربية من لفاف من السلك - ما يـُـسمـّـى بـ " وشيعة " - بعدد لفات كبير لزيادة التأثير المغناطيسي(المغنطة). ويُمكن زيادة المجال المغناطيسي الذي تنتجه الوشيعة بوضع مادة مغناطيسية خاصـّـة، كقضيب حديدي، داخل الوشيعات. ويتسبب التيار المار خلال الوشيعة في تحول الحديد (الحديد المطاوع) إلى مغناطيس مؤقت.

الموجات الكهرومغناطيسية

ينتقل الضوء، والموجات اللاسلكية، وأشعة إكس ، وصور الطاقة الإشعاعية الأخرى خلال الفضاء كموجات طاقة تسمى الموجات الكهرومغناطيسية. ولتلك الموجات قمة وقاع، تمامًا كالأمواج التي تتكون عندما نلقي بحجر في الماء الساكن. وتُسمى المسافة بين قمتين متتاليتن أوبين قاعين متتالييين بـ "طول الموجة"، وتقاس طول الموجة بالمتر. ويُسمى عدد الموجات في الثانية بـ "التردد" ويقاس التردد بالهرتز. وتنتقل جميع الموجات الكهرومغناطيسية بسرعة الضوء التي تبلغ نحو300.000 كيلومتر/ث ،(أي حتى الشعاع الكهرومغناطيسي يمكن حتى يدور حول الأرضسبعة مرات في الثانية الواحدة.

والعلاقة بين طول الموجة والتردد هي كالآتي:

سرعة الضوء = طول الموجة . التردد

وبحسب الوحدات :

سرعة الضوء [متر/ثانية]= طول الموجة [متر] . التردد [1/ثانية]

تحيطنا الموجات الكهرومغناطيسية من جميع الجهات بأنواع مختلفة من أمواج الطاقة، قليل منها مرئية وغالبيتها غير مرئية . منها ما طبيعي كالأمواج الضوئية التي تأتينا من الشمس والأشعة الكونية ومنها ما من خلق الإنسان كالأمواج الضوئية القادمة من المصابيح والأمواج اللاسلكية التي ينتجها الهاتف الخلوي (الجوال).

إذا تغاضينا عن أمواج الطاقة الميكانيكية (كالأمواج الصوتية) فإننا نستطيع حتى نجزم بان معظم الأمواج الموجودة من حولنا هي أمواج ذات طبيعة كهرومغناطيسية والتي تشكل بمجموعها ما يسمى بـ " الطيف الكهرومغناطيسي ".

الآن لوأردنا حتى نتحدث عن الطيف الكهرومغناطيسي نفسه فلا بد حتى نذكركم بالجزء الأكثر شعبية منه أوالجزء الذي يعهده معظمكم وهوالطيف الضوئي (أوطيف ألوان قوس قزح) أوما يسمى فهميا بـ " طيف الضوء المرئي " وعلى الرغم من أنه لا يشكل إلا جزءا بسيطا من الطيف الكهرومغناطيسي إلا أنه وفي نفس الوقت قد ساهم في فهم المبدأ العام بشكل ممتاز.

الطيف الكهرومغناطيسي وعملية الإشعاع لن نفهمها تماما دون المرور بمفاهيم مثل طول الموجة والتردد ولكن قبل حتى نخوض أيضا في هذين المفهومين نحن بحاجة للتعهد على طبيعة هذه الطاقة التي نسميها الطاقة الكهرومغناطيسية.

طبيعة الإشعاع الكهرومغناطيسي (الطاقة الكهرومغناطيسية) :

إن الاسم الذي أطلق على هذا الطاقة هونتيجة لتفسير الفهماء لطبيعتها فحدثة كهرومغناطيسي تجمع بين حدثتي كهربائي ومغناطيسي وهذا بالضبط التفسير الذي قدمه الفهماء لهذه الطاقة فهي (أي الإشعاع الكهرومغناطيسي) تعبير عن سيل من الطاقة في مسار يحوي حقلين مغناطيسي وكهربائي تسير في الحقل المغناطيسي أمواج مغناطيسية وتسير في الحقل الكهربائي أمواج كهربائية وتتراوح الطاقة الكهرومغناطيسية جيئة وذهابا بين هذين الحقلين أوالمجالين بحيث أنه عندما تزداد شدة أحد الحقلين تنقص شدة الآخر والعكس بالعكس.

هذا يعني حتى الموجتين (أونوعي الطاقة في الحقلين المختلفين) مرتبطين معا ويتغيران معا بشكل متعاكس وتسمى سرعة التغير هذه بالتردد وبمعنى آخر حتى التردد هوعدد المرات في الثانية التي تتغير بها الطاقة في الحقلين من أقصى قيمة لها وتعود لنفس هذه القيمة القصوى بمعنى آخر أنها عدد الأمواج التي تتشكل من هذا التغير خلال ثانية واحدة.

ولأن الطاقة الكهرومغناطيسية تتألف من هجريبة لموجتين مغناطيسية وكهربائية فقد ارتأى الفهماء حتى يسموها الأمواج الكهرومغناطيسية لأن طبيعتها موجية.

إذن التردد هوعدد المرات التي تصل فيها الطاقة الموجية لأقصى قيمة لها في اتجاه واحد. أما طول الموجة فهومقياس آخر للموجة مرتبط بالتردد فهويمثل المسافة بين أقصى قيمتين متتاليتين أوقاعين متتاليتين في نفس الاتجاه للطاقة الموجية.

أما حرصنا على الفهم السليم للطبيعة الموجية والمختلطة (بين الكهربائية والمغناطيسية) فلأنه سيشكل القاعدة الأساسية لفهم أنواع الطيف الكهرومغناطيسي وتقسيماته (تصنيفاته) وفقا للتردد أولطول الموجة.

وتصنّف الأمواج الكهرومغناطيسية التي تحيط بنا حسب ترددها ومنها أشعة غاما والأشعة السينية والأشعة فوق البنفسجية والضوء المرئي (الذي نراه بالعين) والأشعة تحت الحمراء والأمواج الراديووية كالتي تستخدم بأفران المايكروويف وتستخدم في الرادار والإرسال التلفزيوني والراديووغيرها.

الظاهرة الكهروضوئية

قام ألبرت أينشتاين بنشر رسالة فهمية غيرت المفهوم الشائع في مطلع القرن العشرين، وكانت الرسالة عن ظاهرة كهروضوئية (حصل من اجلها على جائزة نوبل في الفيزياء) وكان قد وصل إلى فهمه ما أسماه ماكس بلانك عن الكم quanta . فأوضح حتى الضوء أيضا يمكن حتىقد يكون في صورة كمومية لما يشبه جسيم، وسُمي شعاع الضوء بعد ذلك فوتون .

وأوضحت نظرية اينشتاين عن الظاهرة الكهروضوئية ما كان قد ظهر لماكس بلانك في عام 1900 بأنه كارثة الاشعة فوق البنفسجية. بين ماكس بلانك حتى الأجسام الساخنة تشع أشعة كهرومغناطيسية في هيئة كمات ("quanta"، تنتسب إلى الطاقة الكلية التي يشعها جسم أسود، وكانت كلا من نتائج بلانك واينشتاين في تعارض مع النظرة الكلاسيكية (علوم القرن التاسع عشر) التي كانت تعتبر حتى الضوء يصدر في موجات مستمرة (غير منفصلة).

بذلك افسحت نظرية بلانك ونظرية أينشتاين المجال لابتكار ميكانيكا الكم التي صيغت في عام 1925، وتدخلت إلى ابتكار نظرية الكم الكهرومغناطيسي. واكتملت النظرية الجديدة بين الاعوام 1940 - 1950 فيما يسمى كهروديناميكا كمية quantum electrodynamics، وفي تطبيقات نظرية الأضطراب .

كميات ووحدات الكهرومغناطيسية

تعتبر وحدات الكهرومغناطيسية جزءا من نظام الوحات الكهربائية ن وهي تعتمد أساسا على الخاصية المغناطيسية للتيار الكهربائي، ووحدة التيارالكهربائي هي أمبير طبقا للنظام الدولي للوحدات. وحدات الكهرومغناطيسية هي:

بالنسبة إلى نظام وحدات سنتيمتر غرام ثانية فيعهد التيار الكهربائي طبقا لقانون أمبير وفيه تكون السماحية الكهرومغناطيسية تعبير عن كمية لا بعدية (سماحية نسبية ) وتساوي 1 للفراغ . بالتالي نتخذ مربع سرعة الضوء في الفراغ في عدة معادلات تربط بين تلك الكميات في هذا النظام .

وحدات كهرومغنطيسية القياسية عدل
رمز الكمية	الكمية	الواحدة	رمز الواحدة	الأبعاد
I	التيار	أمبير (وحدات قياسية)	A	A
Q	شحنة كهربائية	كولوم	C	A·s
V	فرق الجهد	فولت	V	J/C = kg·m2·s−3·A−1
R، Z، X	مقاومة، معاوقة، مفاعلة بالترتيب	أوم	Ω	V/A = kg·m2·s−3·A−2
ρ	مقاومية	أوم متر	Ω·m	kg·m3·s−3·A−2
P	القدرة الكهربائية	واط	W	V·A = kg·m2·s−3
C	سعة كهربائية	فاراد	F	C/V = kg−1·m−2·A2·s4
${\displaystyle F^{-1$	مرانة	مقلوب الفاراد	F−1	kg·m2·A−2·s−4
${\displaystyle \,\varepsilon$	سماحية	فاراد لكل متر	F/m	kg−1·m−3·A2·s4
Y ، G ، B	مسامحة, مواصلة ، مطاوعة	سيمنز	S	Ω−1 = kg−1·m−2·s3·A2
${\displaystyle \,\sigma$	موصلية	سيمنز في متر	S/m	kg−1·m−3·s3·A2
${\displaystyle \,\phi$	تدفق مغناطيسي	فيبر	Wb	V·s = kg·m2·s−2·A−1
B	كثافة التدفق المغناطيسي أوالمجال المغناطيسي	تيسلا	T	Wb/m2 = kg·s−2·A−1
H	شدة المجال المغناطيسي	أمبير لكل متر	A/m	A·m−1
${\displaystyle {\mathfrak {R$	ممانعة	أمبير لكل فيبر	A/Wb	kg−1·m−2·s2·A2
L	محاثة مغناطيسية	هنري	H	Wb/A = V·s/A = kg·m2·s−2·A−2
${\displaystyle \,\mu$	نفاذية	هنري على متر	H/m	kg·m·s−2·A−2
${\displaystyle \ \chi$	قابلية مغناطيسية	(بلا أبعاد)	χ	-

انظر أيضا

• وحدة كهرومغناطيسية
• أورستد
• جاوس (وحدة)
• وحدة (توضيح)
• وحدة طاقة
• وحدة قياس
• تحويل الوحدات (طاقة)
• قوى أساسية

مراجع

كهرومغناطيسية في المشاريع الشقيقة

---

• صور وملفات صوتية من كومنز
• خط من ويكي الخط