الکتريسيته و مغناطيس
182
الکتريسيته جاريالکتريسيته و مغناطيس
اثرهاي ساده الکتريکي و مغناطيسي را از زمانهاي قديم مي شناختند. حدود ۶۰۰ سال قبل از ميلاد يونانيان مي دانستند که آهنربا آهن را جذب مي کند و کهرباي ماليده به لباس چيزهاي سبک مانند کاه را بسوي خود مي کشد. با وجود اين اختلاف بين جذبهاي الکتريکي و مغناطيسي تعيين نشده بود و اين پديده ها را از يک نوع در نظر مي گرفتند.
خط فاصل روشن بين اين دو پديده را گيلبرت (W. Gilbert) ، فيزيکدان و طبيعت شناس انگليسي پيدا کرد. و نيز او کتابي درباره آهنربا ، 'اجسام آهنربايي” و 'زمين به عنوان آهنرباي بزرگ” در سال ۱۶۰۰ منتشر کرد. کار وي شروع بررسي در پديده هاي الکتريکي را نشان مي دهد. گيلبرت در اين کتاب همه خواص آهنرباهاي شناخته شده تا آن زمان را تشريح کرده و نتايج آزمايشهاي خيلي مهم ، شخص خود را نيز آورده است. همچنين وي شماري از تفاوتهاي اساسي بين جذبهاي الکتريکي و مغناطيسي را مشخص نموده و اصطلاح ' الکتريسيته ' را وضع کرده است.
● سير تحولي و رشد
▪ بعد از انتشار کارهاي گيلبرت ، تمايز بين پديده هاي الکتريکي و مغناطيسي مسلم شد، اما به رغم اينکه اختلافها شماري از واقعيتها ارتباط ناگسستني بين اين پديده ها را پديدار ساخت. برجسته ترين اين واقعيتها مغناطيس اشياي آهني و واروني عقربه قطب نما بر اثر آذرخش بودند.
▪ آراگو (D. F. Arago) ، فيزيکدان فرانسوي در کتاب خود به نام 'تندر و آذرخش” ، شرح مي دهد که چگونه در ژوييه سال ۱۶۸۱، در کشتي راين (reine) واقع در درياي آزاد حدود صدها مايل از ساحل بر اثر آذرخش دکلها ، بادبانها و غيره بطور جدي صدمه ديدند. وقتي که شب فرا رسيد، از روي وضع ستارگان دريافت که از سه قطب نماي در دسترس دو تا بجاي شمال به سمت جنوب ايستاده بودند، در حالي که يکي از آنها به سمت شمال بود، آراگو همچنين شرح مي دهد که هرگاه آذرخش به خانه بخورد، کارد ، چنگال و ساير اشياي آهني را به شدت آهنربا مي کند.
▪ در آغاز قرن هجدهم ثابت شد که آذرخش در واقع جريان الکتريکي شديدي است که از هوا مي گذرد. بنابراين به اين نتيجه مي رسيم که جريان الکتريکي خواص مغناطيسي دارد، اما اين خواص جريان فقط در سال ۱۸۲۰ توسط اورستد (H. Oersted) فيزيکدان دانمارکي با آزمايش مشاهده و بررسي شد. همانطوري که نيروهاي مؤثر بر بارهاي الکتريکي نيروهاي الکتريکي نام دارد، نيروهاي مؤثر بر آهنرباهاي طبيعي يا مصنوعي را نيروهاي مغناطيسي مي گويند.
● منشأ ميدان مغناطيسي
اگر در فضا نيروهاي الکتريکي حاکم باشد و بر ذرات باردار نيروي الکتريکي وارد کند، مي گوييم در اين فضا ميدان الکتريکي وجود دارد. از اين رو آزمايش نشان مي دهد که در فضاي اطراف جريان الکتريکي ، نيروهاي مغناطيسي ظاهر مي شود، يعني ميدان مغناطيسي بوجود مي آيد.
● اولين سوال اورستد
آيا ماده سيم روي ميدان مغناطيسي بوجود آمده از جريان اثر دارد يا نه؟ اورستد دريافت که سيمهاي اتصال را مي توان از چند سيم يا نوار باريک مختلف درست کرد و جنس فلز در نتيجه اثر نمي گذارد (احتمالا اگر بزرگ باشد اثر مي گذارد). چون فلزات مختلف ، مقاومتهاي الکتريکي متفاوتي دارند، اگر به باتري وصل شود، مي توانند جريانهاي متفاوت داشته باشند و در نتيجه اثر مغناطيسي اين جريانها متفاوت خواهد بود.اما بايد بخاطر داشت که آزمايش اورستد پيش از وضع قانون اهم و دستيابي به مفهوم بستگي مقاومت رساناها به جنس ماده تشکيل دهنده آنها انجام گرفته است. اگر آزمايش اورستد با سيمهاي پلاتين ، طلا ، نقره ، برنج ، و آهن يا نوارهاي روي و قلع يا جيوه انجام گيرد، همين نتيجه اخير بدست مي آيد. اورستد آزمايشاتش را با فلز ، يعني رساناهايي با رسانش الکتروني ، انجام داد.
● اثر مغناطيسي جريان الکتروليتي
اگر در آزمايش اورستد فلز رسانا را با لوله داراي الکتروليت يا لوله اي که داخل آن تخليه الکتريکي صورت مي گيرد، استفاده شود. هر چند در اين حالتها جريان الکتريکي از حرکت يونهاي مثبت و منفي ناشي مي شوند، ولي اثر آنها روي عقربه مغناطيسي با اثر رساناي فلزي يکسان است. بدون توجه به رساناي حامل جريان ، در فضاي اطراف آن ميدان مغناطيسي بوجود مي آيد. از اينرو مي توان گفت که در اطراف هر جرياني ميدان مغناطيسي ظاهر مي شود. اين خاصيت اصلي جريان الکتريکي در اثرهاي حرارتي و شيميايي جريان الکتريکي نقش بازي مي کند.
● اثر مغناطيسي جريان و خواص الکتريکي رسانا
ايجاد ميدان مغناطيسي معمولترين خاصيت از سه خاصيت جريان الکتريکي است. جريان الکتريکي فقط در يک نوع رسانا (الکتروليتها) اثر شيميايي بوجود مي آورد، نه در ديگران (فلزات). مقدار جريان آزاد شده توسط جريان ، بسته به مقاومت رسانا ، مي تواند بيشتر يا کمتر باشد. در ابر رساناها ممکن است همراه جريان ، گرما آزاد مي شود. از طرفي ديگر ميدان مغناطيسي با جريان الکتريکي پيوندي جدايي ناپذير دارد. اين ميدان به خواص مشخصي از رسانا بستگي ندارد و فقط شدت و جهت جريان آن را تعيين مي کند. بيشترين کاربردهاي صنعتي الکتريسيته نيز بوجود ميدان مغناطيسي جريان وابسته مي باشند.
