كهرومغناطيسية

إن اكتشاف أورستد عام 1821 لوجود مجال مغناطيسي حول جميع جوانب السلك الحامل للتيار الكهربي دلل على وجود علاقة مباشرة بين الكهرباء والمغناطيسية.فضلاً عن ذلك، بدا التفاعل مختلفًا عن قوة الجاذبية والقوة الإلكتروستاتية، وهما قوتا الطبيعة اللتان تم اكتشافهما بعد ذلك.[22] والقوة الواقعة على إبرة البوصلة لم توجهها نحو السلك الحامل للتيار الكهربي ولا بعيدًا عنه، ولكنها كانت تعمل نحو الزوايا القائمة بالنسبة لها. وفيما يلي كلمات أورستد التي اتسمت بقليل من الغموض: "إن التعارض الكهربي يعمل بطريقة دوارة".كما اعتمدت القوة على اتجاه التيار، فإذا انعكس التدفق، انعكست القوة كذلك.

في الحقيقة،[36] لم يستوعب أورستد اكتشافه استيعابًا كاملاً. ولكنه لاحظ أن التأثير كان متبادلاً أو عكسيًا، بمعنى أن التيار يبذل قوة على المغناطيس والمجال المغناطيسي يبذل قوة على التيار.ولقد بحث أمبير بشكل أعمق في هذه الظاهرة واكتشف أن السلكين المتوازيين الذين يحملان التيار الكهربي يبذلان قوة على بعضهما البعض: بمعنى أن السلكين الموصلين للتيار الكهربي في الاتجاه نفسه ينجذبان لبعضهما البعض، بينما يتنافر السلكان اللذان يحملان التيار في اتجاهات متقابلة.ويتوسط المجال المغناطيسي الذي ينتجه كل تيار هذا التفاعل الذي يُمثل أساس التعريف الدولي لوحدة الأمبير.[37]


يستخدم المحرك الكهربي تأثيرًا مهمًا يتعلق بالكهرومغناطيسية: ألا وهو أن التيار الكهربي المار خلال مجال مغناطيسي يتعرض لقوة في الزوايا القائمة لكل من المجال والتيار.إن العلاقة بين المجالات المغناطيسية والتيارات الكهربية في غاية الأهمية؛ حيث إنها أدت إلى اختراع مايكل فاراداي للمحرك الكهربي عام 1821.إذ يتكون محرك فاراداي، وهو محرك أحادي القطب، من مغناطيس دائم موضوع داخل حوض من الزئبق.

ولقد تم توصيل تيار كهربي داخل سلك متدلي من مرتكز فوق المغناطيس ومغموس في الزئبق. ويبذل المغناطيس قوة مماسية على السلك مما يجعله يدور حول المغناطيس طوال فترة سريان التيار الكهربي.[38] كشفت التجربة التي أجراها فاراداي عام 1831 أن السلك الذي يتحرك بشكل عمودي نحو مجال مغناطيسي يحدث فرق جهد بين طرفيه. كما سمح له التحليل الإضافي لهذه العملية، المعروفة باسم الحث الكهرومغناطيسي، بوضع المبدأ المعروف الآن باسم قانون فاراداي للحث المغناطيسي. وينص هذا القانون على أن فرق الجهد المحثوث داخل دائرة مقفلة يتناسب مع معدل تغير التدفق المغناطيسي خلال الدائرة. ولقد تمكن فاراداي من خلال استخدام هذا الاكتشاف من اختراع أول مولّد كهربي عام 1831. وفي هذا المولّد قام فاراداي بتحويل الطاقة الميكانيكية لقرص نحاسي دوار إلى طاقة كهربية. وعلى الرغم من عدم كفاءة[38] قرص فاراداي وقصوره كمولّد عملي، فإنه قد أظهر إمكانية توليد قدرة كهربية باستخدام المغناطيسية. ولقد استفاد من أعقبه من أعماله استفادة كبيرة. كشفت أعمال كل من فاراداي وأمبير عن أن المجال المغناطيسي المتفاوت في الزمن يعمل كمصدر للمجال الكهربي، وأن المجال الكهربي المتغير في الزمن يعمل كمصدر للمجال المغناطيسي.ولذلك، عند تغير زمن أيٍّ من المجالين، يُستحث مجال الآخر بالضرورة.[39] وتتمتع هذه الظاهرة بخصائص الموجة ويشار إليها عادةً باسم الموجة الكهرومغناطيسية. ولقد قام جيمس كليرك ماكسويل بتحليل الموجات الكهرومغناطيسية من الناحية النظرية عام 1864.كما طور ماكسويل مجموعة من المعادلات التي قد تصف بوضوح العلاقة المتبادلة بين المجال الكهربي والمجال المغناطيسي والشحنة الكهربية والتيار الكهربي. وبالإضافة إلى ذلك، تمكن من إثبات أن هذه الموجة ستسير بالضرورة بسرعة الضوء، وبالتالي فإن الضوء نفسه يعد شكلاً من أشكال الإشعاع الكهرومغناطيسي. وتعتبر قوانين ماكسويل التي تعمل على الربط بين الضوء والمجالات والشحنة الكهربية أحد أعظم إنجازات الفيزياء النظرية