فضا، زمان و حرکت (قسمت ۴)
میدان
در قرن نوزدهم، فاراده آزمایشات زیادی را در حیطه جریانهای الکتریکی و مغناطیس انجام داد و متوجه شد که در اطراف یک سیم حامل جریان الکتریکی، میدانی مغناطیسی ایجاد میشود که اگر قطبنمایی در نزدیکی آن سیم قرار داده شود، عقربه آن منحرف خواهد شد. همچنین، متوجه میشود که حرکت یک مغناطیس (مثلا یک آهنربا) میتواند جریان الکتریکی تولید کند. مثلا، اگر یک آهنربا را در داخل یک سیمپیچ حرکت دهیم، یک جریان الکتریکی در سیمپیچ برقرار میشود. با این مشاهدات آزمایشگاهی، وی متقاعد میشود که باید ارتباطی تنگاتنگ بین دو پدیدهی الکتریسیته و مغناطیس وجود داشته باشد.
آزمایشات فاراده نشان میداد که در اطراف یک آهنربا، میدان مغناطیسی و در اطراف یک بار الکتریکی، میدان الکتریکی ایجاد میگردد که هیچ یک از آن دو قابل مشاهده مستقیم با چشم نیستند ولی میتوان نمود هر یک را ملاحظه کرد. به عنوان مثال، اگر مقداری براده آهن را روی یک صفحه مقوایی بریزیم و یک آهنربا در زیر مقوا قرار دهیم، براده ها جا به جا میشوند و خود را در امتداد خطوط خاصی قرار میدهند. تا زمانی که آهنربا ساکن باشد، خطوط فوق هم تغییر نخواهند کرد. این خطوط، نمود میدان مغناطیسی میباشند.
به همین ترتیب، اگر ذره بارداری روی یک سطح قرار داشته باشد، با گذاشتن ذره باردار دیگر در نزدیکی آن، هر دو ذره شروع به حرکت میکنند به این شکل که یا از هم دور میشوند (وقتی بارهای الکتریکی دو ذره همنام باشند، مثلا هر دو منفی یا هر دو مثبت) و یا به هم نزدیک میگردند و در نهایت به هم میچسبند (اگر بارهای الکتریکی آنها غیرهمنام باشند). این حرکت، نمود حضور میدان الکتریکی است.
به زبان ساده، هم مغناطیس و هم بار الکتریکی، فضای اطراف خود را بگونه ای تغییر میدهند که هرچند قابل دیدن نیست ولی نمود آنها قابل مشاهده غیرمستقیم است.
به توصیف فاراده، وقتی به کمک باطری یک جریان الکتریکی در داخل یک سیم برقرار میکنیم، تعداد زیادی بار الکتریکی (الکترون) در طول سیم به حرکت در میآیند و در اثر این حرکت، میدان الکتریکی ایجاد شده در زمان تغییر میکند. تغییر میدان الکتریکی، منجر به تولید میدان مغناطیسی میشود. همچنین، زمانی که یک آهنربا در داخل یک سیمپیچ حرکت میکند، تغییر در میدان مغناطیسی به وجود می آید و این تغییر سبب ایجاد میدان الکتریکی و به دنبال آن، جریان الکتریکی در داخل سیمپیچ میشود.
برای درک بهتر میدان، فرض کنید در محدوده خاصی از شهر تهران، درجه حرارت را در نقاط مختلف اندازه گیری کنیم و تمامی نقاط با دماهای مشخص را روی نقشه تهران به هم وصل کنیم. نتیجه کار ما منحنی هایی خواهند بود که روی هرکدام از آنها یک دمای خاص داریم، مثلا دمای ۲۰، ۲۱، ۲۲ و...درجه.
این خطوط منحنی را اصطلاحا کنتور مینامند که هر کنتور (خط منحنی) معرف نقاطی از شهر هستند که دمای همه آنها یک عدد مشخص است. مجموعه این کنتورها روی نقشه، نمود میدان دما میباشد. توجه داشته باشید که این نقشه، خود میدان نیست بلکه تنها نمود آن است که به منظور مطالعه دمای شهر رسم شده است. میدان واقعی خود سطح شهر است و مانند همه میدان ها تنها راه تشخیص آن از طریق اندرکنش آن با "چیزهایی" است که میتوانند تحت تاثیر قرار گیرند. به عنوان مثال، اگر یک دماسنج جیوه ای را در نقطه ای از این میدان قرار دهیم، جیوه درون آن جا به جا میشود و عدد خاصی را نشان میدهد. در مثالی دیگر، از آنجا که اختلاف دما موجب حرکت هوا میگردد، جریان هوا و وزش باد نمودی از حضور میدان دما بر سطح کره زمین است.
ادامه دارد.
natphys.net
@natphys
13
1
1December 20, 2025 1.1K 3
