مدى تأثير ظاهرة “القوة الكهرومغناطيسية” على الذرّة

2011 مكتبة الفيزياء القوى في الطبيعة

ليز سونبورن

مؤسسة الكويت للتقدم العلمي

ظاهرة القوة الكهرومغناطيسية الذرّة الفيزياء

يمكن القول إن نظريات ماكسويل كانت مهمة لفهم القوة الكهرومغناطيسية بقدر أهمية نظريات نيوتن لفهم قوة الجذب، غير أن نظريات كل منهما تناقضت مع بعضها في عدة جوانب، ما ألهم ألبرت أينشتاين لحلّ هذه التناقضات من خلال تطوير نظريته للنسبية الخاصة والعامة.

ومع أن أعمال أينشتاين قلبت رأي نيوتن حول قوة الجذب رأساً على عقب إلا أنها أكدت صحة نظريات ماكسويل بصورة عامة.

وفي بداية القرن العشرين ساهم التقدم الحاصل في فيزياء الجسيمات في حلّ ما تبقى من جوانب غامضة حول القوة الكهرومغناطيسية.

 

فمع أن معرفة الفيزيائيين منذ زمن ماكسويل كانت واسعة حول كيفية عمل القوة الكهرومغناطيسية، إلا أن معرفتهم بأسباب تلك القوة كانت محدودة جداً حتى ظهرت الأجوبة على تساؤلاتهم من خلال دراسة الجسيمات دون الذّرية التي تتكوّن منها كل المادة.

وقد حددت النماذج الأولى للذرّة ثلاثة جسيمات أولية وهي: الإلكترون، والبروتون، والنيترون، حيث يستقر كل من البروتون والنيوترون في نواة الذرّة بينما تدور الإلكترونات حولها.

ولقد اكتشف الفيزيائيون أن الذرّات تتماسك مع بعضها بعضا بواسطة الشحنات الكهربائية لهذه الجسيمات، فالإلكترونات لها شحنة سالبة والبروتونات لها شحنة موجبة، أما النيترونات فهي متعادلة كهربائياً، أي لا شحنة لها على الإطلاق.

 

وتنتج الشحنات المختلفة للإلكترونات والبروتونات قوة كهرومغناطيسية تجعل هذه الجسيمات دون الذرّية متماسكة مع بعضها بعضا.

غير أن الإلكترونات التي تدور حول النواة لا تكون مرتبطة بها ارتباطاً متيناً، إذ يمكن  لها أن تتحر من ذرّتها والانضمام إلى ذرّة أخرى، وتنتج شحنة كهربائية عن تبادل هذه الإلكترونات بحيث تصبح الذرّة التي يحدث فيها نقص للإلكترونات موجبة الشحنة، في حين تتحول الذرّة التي يزيد فيها عدد الإلكترونات إلى ذرّة سالبة الشحنة.

ينتج التيار الكهربائي عندما تتيح الظروف إمكانية التدفق الحرّ للإلكترونات داخل الذرّة وخارجها. وفي بعض المواد مثل النحاس والفضة تستطيع الإلكترونات التحرك بسهولة ويُطلق عليها في هذه الحالة اسم "موصلات".

 

أما في بعض المواد الأخرى مثل المطاط والزجاج تكون حركة الإلكترونات شبه معدومة فيطلق على هذه المواد اسم "عوازل".

يمكن فهم الظاهرة الكهرومغناطيسية أيضاً على أساس الإلكترونات، فعندما تدور الإلكترونات في مدارها حول النواة، تدور حول نفسها أيضاً بحركة لولبية سريعة وتوّلد بذلك مجالاً مغناطيسياً ضعيفاً.

وفي معظم المواد تدور نصف الإلكترونات دوراناً لولبياً (أو مغزلياً) باتجاه واحد، بينما يدور نصفها الثاني في اتجاه آخر بحيث تلغي هذه الحالة أساساً الأثر المغناطيسي.

 

لكن في عدد قليل من المواد، مثل الحديد والنيكل لا ينقسم دوران الإلكترونات اللولبي (أو المغزلي) في الاتجاهين بالتساوي، ما يجعلها تتمغنط بسهولة ويُطلق على هذه المواد صفة "المغناطيسية الحديدية" أو المواد المغناطيسية.

ونظراً إلى التفاوت في حجم الطاقة الكامنة وراء تلك الظواهر، تؤثر القوة الكهرومغناطيسية فينا بطرائق متعددة بحيث يمتد هذا الأثر ليشمل الطبيعة بأكملها، إذ يجعل السماء تسطع عند حدوث البرق، ويوجّه التفاعلات الكيميائية في أجسامنا، ويسمح بوجود الضوء المرئي.

ولعل أهم ما في الأمر أن القوة الكهرومغناطيسية هي المسؤولة عن تكون الذرّات التي يتكوّن منها كل ما هو موجود حولنا.

[KSAGRelatedArticles] [ASPDRelatedArticles]