الكترومغناطیس
- مقدمه
از زمانهای بسیار قدیم بشر با آهن رباهای طبیعی آشنا بوده، نیروهای جاذبه و دافعه بین قطعات مختلف این آهنرباها و نیز بین آنها و سایر قطعات آهنی را می شناخته است. اما تا حدود 200 سال قبل تحلیل صحیح و دقیقی از رفتار اجسام مغناطیسی ارائه نشده بود و به همین دلیل استفاده چندانی از این پدیده انجام نمی شد.
در سال 1819 میلادی یك دانشمند دانماركی به نام اورستد متوجه شد هنگام عبور جریان برق از یك سیم، چنانچه در مجاورت آن قطب نمایی قرار دهیم، عقربه قطب نما (كه از جنس آهن ربای طبیعی است) منحرف می گردد. این تجربه نشان داد كه جریان برق نیز مانند آهن ربای طبیعی در اطراف خود یك میدان مغناطیسی ایجاد می كند كه شدت آن بستگی به شدت جریان دارد.
آزمایش 1-1- بر روی یك صفحه كاغذ مقداری براده آهن ریخته صفحه كاغذ را روی یك قطعه آهن ربای طبیعی بگذارید و با انگشت دست ضربه آرامی به صفحه كاغذ بزنید. مشاهده می شود كه براده‌های آهن روی صفحة كاغذ در مسیرهای خاصی منظم می شوند (شكل 1-1- الف). این مسیرها را خطوط میدان مغناطیسی می نامیم. برای تعیین جهت این خطوط می توان بجای براده آهن از عقربه های مغناطیسی كوچك نیز استفاده نمود (شكل 1-1- ب). همانطور كه شكل نشان می دهد عقربه های مغناطیسی در جهت معینی می ایستند. سمتی كه قطب جنوب عقربه مغناطیسی به طرف آن می ایستد قطب شما را نشان می دهد.
2-1- میدان مغناطیسی اطراف سیم حامل جریان
آزمایش 2-1- سیم راستی را به طور عمود نگه دارید و آن را به منبع ولتاژ DC با مقدار مناسب وصل نمایید. سپس در اطراف آن به یك فاصله (روی محیط یك دایره) چند عقربه مغناطیسی قرار دهید.
مشاهده می شود كه عقربه های مغناطیسی در اطراف سیم روی محیط دوایری به مركز سیم قرار دارند. پس خطوط میدان مغناطیسی در اطراف سیم حامل جریان به شكل دایره هستند (شكل 2-1).
آزمایش 3-1- در آزمایش 2-1 جهت جریان سیم را تغییر داده آزمایش را تكرار كنید. مشاهده می شود كه عقربه های مغناطیسی قرار داده شده در اطراف سیم تغییر جهت می دهند ولی امتداد آنها تغییر نمی كند.
«در اطراف سیم حامل جریان یك میدان مغناطیسی ایجاد می شود. شكل خطوط میدان به صورت دایره های هم مركز است. جهت میدان به جهت جریان الكتریكی بستگی داشته قطب شمال عقربه مغناطیسی جهت خطوط میدان را نشان می دهد.»
جهت جریان در سیم را می توان به كمك نقطه ( ) یا ضربدر مشخص نمود. چنانچه جریان به ناظر نزدیك شود مقطع سیم را با یك نقطه علامت گذاری می كنند و اگر جریان از ناظر دور شود آن را با علامت ضربدر نشان می دهند (شكل 3-1).
جهت خطوط میدان مغناطیسی اطراف یك سیم مطابق شكلهای 4-1 و 5-1 از قانون پیچ راست گرد تبعیت می كند.
اگر پیچ راست گرد را طوری بچرخانیم كه پیشروی آن هم جهت با جریان هادی باشد سمت گردش آن جهت میدان مغناطیسی در اطراف آن هادی را نشان می دهد. در اطراف سیم حامل جریان متناوب نیز میدان مغناطیسی ایجاد می گردد، اما همچنان كه جریان متناوب تغییر جهت می دهد جهت میدان آن نیز تغییر می كند.