تخيل..
يوقظك منبه هاتفك المحمول ذي الشريحة المغناطيسية صباحا لتستقل سيارتك الكهربائية إلى مكتبك حيث تقوم بتشغيل الكمبيوتر وتسجيل الدخول إلى الخادم. بعد نهاية يوم العمل ، لديك موعد. ولكن على الرغم من أن المطعم يقع خارج المدينة ، يمكنك بسهولة العثور على طريقك إلى هناك بمساعدة نظام الملاحة GPS ، والذي يستخدم الموجات الدقيقة من الأقمار الصناعية.
كل التكنولوجيا الحديثة التي نحيط بها أنفسنا ، والتي يعتمد عليها مجتمعنا بشدة ، يمكن إرجاعها إلى ربيع عام 1820, عندما اكتشف الفيزيائي الدنماركي هانز كريستيان أورستد أن الكهرباء والمغناطيسية وجهان لنفس قوة الطبيعة. ومع ذلك ، لا يهتم أورستد باكتشافه ، لكنه يترك المجال للآخرين لاستغلال إمكانات الكهرومغناطيسية.
في أوائل القرن التاسع عشر تعرف العلماء على المغناطيسية الموجودة في الصخور المغناطيسية التي تحدث بشكل طبيعي. كان العلماء لديهم معرفة مسبقة بأن الأرض لها مجال مغناطيسي يمكن الاستفادة منه لتحديد الاتجاهات باستخدام البوصلة.
كان يُنظر إلى الكهرباء على أنها قوة بيولوجية غامضة بشكل أساسي , على سبيل المثال وجودها لدى ثعبان البحر الكهربائي او ما يُعرف باسم الانقليس الرعاد. يمكن للكهرباء أيضا أن تؤدي إلى ظهور الشرر وتوهج الأسلاك المعدنية. يعتقد أورستد أن الكهرباء والمغناطيسية تنتمي إلى بعضهما البعض .. وهذا ما أراد اثباته.
في احدى قاعات المحاضرات في جامعة كوبنهاغن واثناء قيامه بإحدى التجارب استخدم اورستد الزنك والنحاس لصنع اول بطارية بدائية, حيث قام بتوصل سلك معدني بين الزنك سالب الشحنة وبين النحاس موجب الشحنة. وعندما سمح للتيار ان يمر من خلال السلك أمسك اورستد بوصلة وقربها من ذلك السلك ، مما أن ابرة البوصلة بدأت تتأثر وانها تدور في اتجاه عقارب الساعة بالاتجاه المعاكس لتدفق التيار الكهربائي, بدلا من ان يكون اتجاهها نحو شمال الكرة الأرضية.
وفقا لأورستد ، كان هذا لأن الكهرباء قد خلقت مجالا مغناطيسيا محليا أقوى من المجال المغناطيسي للأرض.
كان هذا الاكتشاف نقطة الانطلاق للبحث في الكهرومغناطيسية حول العالم. وقد وصف أورستد اكتشافه بأنه:
القوة الجديدة للطبيعة.
بعد الاكتشاف ، أرسل أورستد تقريرا إلى أكاديمية العلوم في باريس. أدرك الفيزيائيون الفرنسيون على الفور أنه إذا كان أورستد على حق ، فإن ذلك سيغير نظرتهم للكهرباء بشكل أساسي.
أحدث هذا الاكتشاف ثورة علمية وتسارع العلماء والفيزيائيون الى التعمق في الموضوع بشغف.
فبعد ان نشر اورستد ابحاثه وفي غضون أيام بدأ الفيزيائيون على إعادة تجاربه والتعمق بأكثر بالموضوع. وفور سماعه بالاكتشاف الجديد هرع الفيزيائي الفرنسي أندريه ماري أمبير إلى منزله وبدأ في إجراء التجارب. خلال أسبوعين محمومين ، اكتشف أن قضيبا حديديً يمكن أن يتحول إلى مغناطيس إذا تمت إحاطته بشريط معدني مشحون بالتيار, وهو ما يعرف باسم الملف.
اما عن أورستد فقد اكتفى بهذا المقدار ووضع اكتشافه جانبا وبدأ بمشاريع جديدة. وبدلا من ذلك ، كان الفيزيائي الإنجليزي مايكل فاراداي ، المعروف في عصره باسم "أمير التجارب" ، هو اول الذي استغل الكهرومغناطيسية وبدأ ثورة تقنية جديدة.
في وقت مبكر من عام 1821 ، كشف فاراداي عن مبدأ المحركات الكهربائية. اذ وضع قضيب مغناطيسي في حوض من الزئبق السائل. ثم أغطس سلكا معدنيا في ذلك الحوض وأرسل تيارا كهربائيا يتدفق من خلال السلك لينشأ مجال مغناطيسي دائري حول السلك. اذ تفاعل المجال المغناطيسي حول السلك مع المجال المغناطيسي لقضيب المغناطيس وتسبب في أن يدور السلك المعدني حول المغناطيس. مهد هذا الاكتشاف الطريق لتطوير المحركات الكهربائية ، حيث يتسبب المغناطيس في دوران العمود أو تحريكه ذهابا وإيابا.
بعد عشر سنوات ، طور فاراداي مولدا بدائيا عندما قام بتدوير قرص نحاسي بين قطبين مغناطيسيين على هيئة حدوة حصان, فتولد جهدا كهربائيا بين المركز وحافة القرص النحاسي. ثم عرَّض فارادي مركز القرص وحافته لجهد كهربائي بينهما عندما كان القرص في حالة السكون، فبدأ القرص في الدَّوران.
مكن اختراع هذا المولد من استخدام الآلات الكهربائية في الصناعة والزراعة ، واليوم يتم إنشاء جميع الكهرباء تقريبا في شبكات الكهرباء لدينا من مولدات كبيرة.
أكبر إنجاز حققه فاراداي ، مع ذلك ، جاء عندما اكتشف أن الحقول المغناطيسية المتحركة يمكن أن تخلق تيارا في الموصلات الكهربائية. بتجربة بسيطة ، أظهر فاراداي ما يسمى بمبدأ الحث الكهرومغناطيسي عن طريق تحريك مغناطيس ذي شكل قضيبيّ داخل وخارج ملف من الاسلاك، نجم عنه توليد تيار ثابت ومستمر.
الحث الكهرومغناطيسي
مهد هذا الاكتشاف الطريق لاختراع المحول الذي يمكن أن يخلق جهدا عاليا وينقل كميات كبيرة من الكهرباء في خطوط الكهرباء إلى آلاف المصانع والمنازل. في وقت لاحق استخدم مبدأ الحدث حتى في الأجهزة المنزلية البسيطة مثل غلاية المياه.
توضيح عمل المحول
على الرغم من نجاحها العملي ،ألا انه كان على العالم ان ينتظر حتى عام 1865 عندما وضع الفيزيائي الإنجليزي جيمس كليرك ماكسويل نظرية شاملة عن القوة الجديدة للطبيعة. فقد اكتشف ماكسويل أن الحقول الكهرومغناطيسية تنتشر في الفضاء مثل الموجات ، وهو ما يحدث بسرعة الضوء. كان لتلك الحقول أطوال موجية مختلفة وبالتالي خصائص مختلفة.
صاغ ماكسويل عددا من المعادلات التي وصفت الوظائف الموجية للطيف الكهرومغناطيسي بأكمله ، بدءا من إشعاع غاما ذي الموجة القصيرة وحتى الضوء المرئي وموجات الراديو الطويلة.
حتى السر وراء الكهرباء تم الكشف عنه إلى حد ما عندما قام الفيزيائي البريطاني جوزيف جون طومسون في عام 1897 بالكشف عن أن التيار يتكون من جسيمات سالبة الشحنة ، والتي سميت بالإلكترونات.
بمرور الوقت ، أصبح من الواضح للفيزيائيين أن الكهرومغناطيسية تعتمد على حقيقة أن جميع المواد والذرات تتكون من جسيمات مشحونة كهربائيا. وعندما تتحرك تلك الجسيمات ، فإنها تخلق مجالات مغناطيسية تجاذب او تنافر.
ومع ذلك ، لم يتم الحصول على الصورة الكاملة لطبيعة الكهرومغناطيسية حتى عام 1913 ، عندما قدم الفيزيائي الدنماركي نيلز بور نموذجه الذري.
وفقا لبور ، فإن نواة الذرة محاطة بإلكترونات تدور في مدارات ثابتة بمستويات طاقة معينة. يمكن أن يكون للذرة حالة طاقة أعلى إذا ما امتصت جسيما ضوئيا ، فوتون، بطاقة تتوافق مع الفرق بين مدارين. وعندما تعود الذرة إلى حالتها الأساسية ، فإنها تبعث فوتونا مع كمية من الطاقة.
يقود ما يسمى بميكانيكا الكم جميع التفاعلات الفيزيائية والكيميائية ، مما يجعل الكهرومغناطيسية القوة الطبيعية لكل الحياة.
تتجلى هذه الظاهرة بشكل أكبر في عملية التمثيل الضوئي للنباتات ، حيث يتم تحويل الطاقة الموجودة في فوتونات ضوء الشمس إلى النبتة.
تُنشئ ميكانيكا الكم إشارات الأعصاب الكهربائية التي تعبر الى الدماغ عندما تقرأ هذه السطور.
على الرغم من مرور 200 عام على اكتشاف الكهرومغناطيسية ، إلا أن العلماء ما زالوا بعيدين عن الانتهاء من استغلال جميع امكانياتها. فقريبا ، على سبيل المثال ، ستكون حياتك اليومية الكهرومغناطيسية خالية من الكابلات, وسيتم شحن سيارتك الكهربائية حتى أثناء القيادة.
حصريا لمنتديات فخامة العراق
يوقظك منبه هاتفك المحمول ذي الشريحة المغناطيسية صباحا لتستقل سيارتك الكهربائية إلى مكتبك حيث تقوم بتشغيل الكمبيوتر وتسجيل الدخول إلى الخادم. بعد نهاية يوم العمل ، لديك موعد. ولكن على الرغم من أن المطعم يقع خارج المدينة ، يمكنك بسهولة العثور على طريقك إلى هناك بمساعدة نظام الملاحة GPS ، والذي يستخدم الموجات الدقيقة من الأقمار الصناعية.
كل التكنولوجيا الحديثة التي نحيط بها أنفسنا ، والتي يعتمد عليها مجتمعنا بشدة ، يمكن إرجاعها إلى ربيع عام 1820, عندما اكتشف الفيزيائي الدنماركي هانز كريستيان أورستد أن الكهرباء والمغناطيسية وجهان لنفس قوة الطبيعة. ومع ذلك ، لا يهتم أورستد باكتشافه ، لكنه يترك المجال للآخرين لاستغلال إمكانات الكهرومغناطيسية.
في أوائل القرن التاسع عشر تعرف العلماء على المغناطيسية الموجودة في الصخور المغناطيسية التي تحدث بشكل طبيعي. كان العلماء لديهم معرفة مسبقة بأن الأرض لها مجال مغناطيسي يمكن الاستفادة منه لتحديد الاتجاهات باستخدام البوصلة.
كان يُنظر إلى الكهرباء على أنها قوة بيولوجية غامضة بشكل أساسي , على سبيل المثال وجودها لدى ثعبان البحر الكهربائي او ما يُعرف باسم الانقليس الرعاد. يمكن للكهرباء أيضا أن تؤدي إلى ظهور الشرر وتوهج الأسلاك المعدنية. يعتقد أورستد أن الكهرباء والمغناطيسية تنتمي إلى بعضهما البعض .. وهذا ما أراد اثباته.
في احدى قاعات المحاضرات في جامعة كوبنهاغن واثناء قيامه بإحدى التجارب استخدم اورستد الزنك والنحاس لصنع اول بطارية بدائية, حيث قام بتوصل سلك معدني بين الزنك سالب الشحنة وبين النحاس موجب الشحنة. وعندما سمح للتيار ان يمر من خلال السلك أمسك اورستد بوصلة وقربها من ذلك السلك ، مما أن ابرة البوصلة بدأت تتأثر وانها تدور في اتجاه عقارب الساعة بالاتجاه المعاكس لتدفق التيار الكهربائي, بدلا من ان يكون اتجاهها نحو شمال الكرة الأرضية.
وفقا لأورستد ، كان هذا لأن الكهرباء قد خلقت مجالا مغناطيسيا محليا أقوى من المجال المغناطيسي للأرض.
كان هذا الاكتشاف نقطة الانطلاق للبحث في الكهرومغناطيسية حول العالم. وقد وصف أورستد اكتشافه بأنه:
القوة الجديدة للطبيعة.
بعد الاكتشاف ، أرسل أورستد تقريرا إلى أكاديمية العلوم في باريس. أدرك الفيزيائيون الفرنسيون على الفور أنه إذا كان أورستد على حق ، فإن ذلك سيغير نظرتهم للكهرباء بشكل أساسي.
أحدث هذا الاكتشاف ثورة علمية وتسارع العلماء والفيزيائيون الى التعمق في الموضوع بشغف.
فبعد ان نشر اورستد ابحاثه وفي غضون أيام بدأ الفيزيائيون على إعادة تجاربه والتعمق بأكثر بالموضوع. وفور سماعه بالاكتشاف الجديد هرع الفيزيائي الفرنسي أندريه ماري أمبير إلى منزله وبدأ في إجراء التجارب. خلال أسبوعين محمومين ، اكتشف أن قضيبا حديديً يمكن أن يتحول إلى مغناطيس إذا تمت إحاطته بشريط معدني مشحون بالتيار, وهو ما يعرف باسم الملف.
اما عن أورستد فقد اكتفى بهذا المقدار ووضع اكتشافه جانبا وبدأ بمشاريع جديدة. وبدلا من ذلك ، كان الفيزيائي الإنجليزي مايكل فاراداي ، المعروف في عصره باسم "أمير التجارب" ، هو اول الذي استغل الكهرومغناطيسية وبدأ ثورة تقنية جديدة.
في وقت مبكر من عام 1821 ، كشف فاراداي عن مبدأ المحركات الكهربائية. اذ وضع قضيب مغناطيسي في حوض من الزئبق السائل. ثم أغطس سلكا معدنيا في ذلك الحوض وأرسل تيارا كهربائيا يتدفق من خلال السلك لينشأ مجال مغناطيسي دائري حول السلك. اذ تفاعل المجال المغناطيسي حول السلك مع المجال المغناطيسي لقضيب المغناطيس وتسبب في أن يدور السلك المعدني حول المغناطيس. مهد هذا الاكتشاف الطريق لتطوير المحركات الكهربائية ، حيث يتسبب المغناطيس في دوران العمود أو تحريكه ذهابا وإيابا.
بعد عشر سنوات ، طور فاراداي مولدا بدائيا عندما قام بتدوير قرص نحاسي بين قطبين مغناطيسيين على هيئة حدوة حصان, فتولد جهدا كهربائيا بين المركز وحافة القرص النحاسي. ثم عرَّض فارادي مركز القرص وحافته لجهد كهربائي بينهما عندما كان القرص في حالة السكون، فبدأ القرص في الدَّوران.
مكن اختراع هذا المولد من استخدام الآلات الكهربائية في الصناعة والزراعة ، واليوم يتم إنشاء جميع الكهرباء تقريبا في شبكات الكهرباء لدينا من مولدات كبيرة.
أكبر إنجاز حققه فاراداي ، مع ذلك ، جاء عندما اكتشف أن الحقول المغناطيسية المتحركة يمكن أن تخلق تيارا في الموصلات الكهربائية. بتجربة بسيطة ، أظهر فاراداي ما يسمى بمبدأ الحث الكهرومغناطيسي عن طريق تحريك مغناطيس ذي شكل قضيبيّ داخل وخارج ملف من الاسلاك، نجم عنه توليد تيار ثابت ومستمر.
الحث الكهرومغناطيسي
مهد هذا الاكتشاف الطريق لاختراع المحول الذي يمكن أن يخلق جهدا عاليا وينقل كميات كبيرة من الكهرباء في خطوط الكهرباء إلى آلاف المصانع والمنازل. في وقت لاحق استخدم مبدأ الحدث حتى في الأجهزة المنزلية البسيطة مثل غلاية المياه.
توضيح عمل المحول
على الرغم من نجاحها العملي ،ألا انه كان على العالم ان ينتظر حتى عام 1865 عندما وضع الفيزيائي الإنجليزي جيمس كليرك ماكسويل نظرية شاملة عن القوة الجديدة للطبيعة. فقد اكتشف ماكسويل أن الحقول الكهرومغناطيسية تنتشر في الفضاء مثل الموجات ، وهو ما يحدث بسرعة الضوء. كان لتلك الحقول أطوال موجية مختلفة وبالتالي خصائص مختلفة.
صاغ ماكسويل عددا من المعادلات التي وصفت الوظائف الموجية للطيف الكهرومغناطيسي بأكمله ، بدءا من إشعاع غاما ذي الموجة القصيرة وحتى الضوء المرئي وموجات الراديو الطويلة.
حتى السر وراء الكهرباء تم الكشف عنه إلى حد ما عندما قام الفيزيائي البريطاني جوزيف جون طومسون في عام 1897 بالكشف عن أن التيار يتكون من جسيمات سالبة الشحنة ، والتي سميت بالإلكترونات.
بمرور الوقت ، أصبح من الواضح للفيزيائيين أن الكهرومغناطيسية تعتمد على حقيقة أن جميع المواد والذرات تتكون من جسيمات مشحونة كهربائيا. وعندما تتحرك تلك الجسيمات ، فإنها تخلق مجالات مغناطيسية تجاذب او تنافر.
ومع ذلك ، لم يتم الحصول على الصورة الكاملة لطبيعة الكهرومغناطيسية حتى عام 1913 ، عندما قدم الفيزيائي الدنماركي نيلز بور نموذجه الذري.
وفقا لبور ، فإن نواة الذرة محاطة بإلكترونات تدور في مدارات ثابتة بمستويات طاقة معينة. يمكن أن يكون للذرة حالة طاقة أعلى إذا ما امتصت جسيما ضوئيا ، فوتون، بطاقة تتوافق مع الفرق بين مدارين. وعندما تعود الذرة إلى حالتها الأساسية ، فإنها تبعث فوتونا مع كمية من الطاقة.
يقود ما يسمى بميكانيكا الكم جميع التفاعلات الفيزيائية والكيميائية ، مما يجعل الكهرومغناطيسية القوة الطبيعية لكل الحياة.
تتجلى هذه الظاهرة بشكل أكبر في عملية التمثيل الضوئي للنباتات ، حيث يتم تحويل الطاقة الموجودة في فوتونات ضوء الشمس إلى النبتة.
تُنشئ ميكانيكا الكم إشارات الأعصاب الكهربائية التي تعبر الى الدماغ عندما تقرأ هذه السطور.
على الرغم من مرور 200 عام على اكتشاف الكهرومغناطيسية ، إلا أن العلماء ما زالوا بعيدين عن الانتهاء من استغلال جميع امكانياتها. فقريبا ، على سبيل المثال ، ستكون حياتك اليومية الكهرومغناطيسية خالية من الكابلات, وسيتم شحن سيارتك الكهربائية حتى أثناء القيادة.
حصريا لمنتديات فخامة العراق
