تجارب العلماء المتعددة حول علاقة الكهرباء بالمغناطيسية

2011 مكتبة الفيزياء القوى في الطبيعة

ليز سونبورن

مؤسسة الكويت للتقدم العلمي

علاقة الكهرباء بالمغناطيسية الكهرباء المغناطيسية الفيزياء

كان العلماء في بداية القرن الثامن عشر يعملون ايضاً على تطوير نظريات جديدة حول الكهرباء، وبالاعتماد على ملاحظة بعض التجارب البسيطة على الكهرباء الساكنة ظن هؤلاء العلماء أن الكهرباء تتألف من قوتين مستقلتين تقوم إحداهما بالجذب والأخرى بالدفع (أو التنافر).

ثم اكتشف ستيفن غراي، الذي كان يجري تجاربه في انجلترا، أن القوى الكهربائية تنتقل عبر بعض المواد بسهولة أكبر من انتقالها عبر مواد أخرى.

 

وفي الولايات المتحدة بيّنت تجربة بنجامين فرانلكين الشهيرة التي استخدم فيها طائرة ورقية أن البرق يُعدّ شكلاً طبيعياً من أشكال الكهرباء.

وشهد العام 1820 تقدماً ملموساً في فهمنا للقوة الكهربائية حين أعدّ الفيزيائي الدانمركي هانس كريستيان أورستيد بحثاً استعرض فيه اكتشافاً مثيراً للاهتمام، إذ اكتشف أنه في حال مرور تيار كهربائي عبر سلك مركون بالقرب من بوصلة فإن إبرة البوصلة تتحرك، واستنتج أن التيار الكهربائي يستطيع توليد قوة مغناطيسية.

 

لقد أدى اكتشاف أورستيد إلى اختراع أحد أهم الأدوات في الصناعة: المغناطيس الكهربائي، حيث يتم إنتاج هذا النوع من المغناطيسات الاصطناعية بواسطة لف ملف من الأسلاك حول قضيب حديدي، وعند تمرير تيار كهربائي عبر السلك يصبح الحديد ممغنطاً، وعند قطع التيار يفقد القضيب كل قوته المغناطيسية تقريباً.

لكن أهمية اكتشاف أورستيد تكمن في بيان الارتباط الوثيق بين الكهرباء والمغناطيسية أكثر مما ظن الناس سابقاً، وبالتالي شكل عمل أورستيد مصدر إلهام لمزيد من التجارب التي استخدمت هاتين القوتين.

 

قوة واحدة

بلغت هذه الدراسة نقطة التحول مع التجارب التي أجراها الفيزيائي الإنجليزي مايكل فارادي في ثلاثينيات القرن التاسع عشر.

فقد عَلِمَ فارادي من تجارب أورستيد أن الكهرباء تستطيع إنتاج أثر مغناطيسي، لكنه تساءل فيما إذا كان العكس صحيحاً، أي إذا كانت المغناطيسية قادرة على إنتاج أثر كهربائي.

فقد بيّنت تجارب فارادي أن الكهرباء والمغناطيسية تشكلان بالفعل وجهين مختلفين لقوة واحدة، وافترض أيضاً أن الكهرباء والمغناطيسية تعملان ضمن "خطوط قوة" غير مرئية مبيناً بذلك مفهوم المجال الكهرومغناطيسي، حيث يشير هذا المجال إلى المنطقة التي يتم فيها التماس الأثرين المغناطيسي والكهربائي للشحنة الكهربائية المتحركة.

 

وفي منتصف القرن التاسع عشر بيّنت التجارب التي أجراها كل من أورستيد وفارادي وغيرهما إلى ظهور عدة أفكار جديدة حول الكهرباء والمغناطيسية.

وفي عقدي الستينيات والسبعينيات من القرن التاسع عشر جُمعت هذه النتائج كلها ضمن نظرية موحدة وضعها الفيزيائي الاسكتلندي جيمس كلارك ماكسويل، الذي استنبط مجموعة من المعادلات الرياضية أكدت أن الكهرباء والمغناطيسية عبارة عن قوة واحدة موحدة.

كما افترض ماكسويل أن المجال المغناطيسي الناتج عن شحنة كهربائية متذبذبة يمتد باتجاه الخارج بسرعة ثابتة، حيث قام بحساب هذه السرعة ووجد أنها تبلغ حوالي 300,000 كيلومتر في الثانية الواحدة، وهي سرعة قريبة من سرعة الضوء.

 

وبناءً على ذلك افترض ماكسويل أن الضوء هو عبارة عن شكل من أشكال الأشعة الكهرومغناطيسية التي تنتقل على شكل موجات.

كما أشارت نظريته إلى وجود أشكال أخرى من الطاقة الكهرومغناطيسية غير المرئية بالنسبة للعين البشرية، وتنبأ بذلك بوجود الموجات الراديوية والأشعة السينية (أشعة إكس).

[KSAGRelatedArticles] [ASPDRelatedArticles]