في عام 1820، تم تغيير الفهم السائد عن العلاقة بين القوى المغناطيسية والكهربائية بفضل ملاحظة عالِم الطبيعة (هانز كريستيان أورستييد) لتوليد مجال مغناطيسي في سلك دارة كهربائية عند فتحه أو غلقه.
خلال هذه التجارب، لاحظ انحراف إبرة البوصلة نحو الشمال، مما أبرهن على وجود ارتباط بين الكهرباء والمغناطيس. في هذا المقال، سوف نستعرض المجالات الكهربائية والمغناطيسية وعملياتها في الفضاء وأهميتها.
المجالات الكهربائية والمغناطيسية
تُعرف المجالات الكهربائية والمغناطيسية بالمجالات الكهرومغناطيسية، التي تمثل الطاقة الناتجة عن التفاعل الفيزيائي بين طاقة الكهرباء وطاقة المغناطيس.
تعد المجالات الكهربائية والمغناطيسية من القوى الطبيعية الأساسية الأربعة، بجانب (الطاقة الكهرومغناطيسية، الطاقة النووية الضعيفة، الطاقة النووية القوية، وقوى الجاذبية).
تاريخ اكتشاف المجالات الكهربائية والمغناطيسية
كما تم الإشارة إليه في المقدمة، لاحظ هانز كريستيان أورستييد توليد المجالات المغناطيسية في سلك داينميكي عام 1820، لكنه لم يتمكن من تقديم معادلة رياضية لهذا الظاهرة. ثم جاء (جيمس ماكسويل) في عام 1873 حيث قدم رسالة علمية تتناول الطاقة الكهربائية والمغناطيسية.
توالت الاكتشافات في مجالات الكهرباء والمغناطيسية على يد علماء كثيرين مثل (أندريه أمبير) الذي وضع معادلات رياضية تصف القوى بين التيارات الكهربائية والمجالات المغناطيسية الناتجة عن أسلاك تمر بها التيارات.
إضافة إلى ذلك، كان العالم الإنجليزي (مايكل فاراداي) من أوائل من اكتشف الكهرباء الكثيفة وعلاقتها بالموجات الكهرومغناطيسية والضوء.
وفي القرن التاسع عشر، ساهم أيضًا (هنريخ رودلف هيرتز) باكتشاف موجات الراديو. وقد حققت هذه الاكتشافات قفزات كبيرة في مجالات العلوم في ذلك الوقت.
ومع بداية القرن العشرين، استمر العلماء في تطوير الأبحاث حول المجالات الكهربائية والمغناطيسية، مثل نظرية الكم التي ساهمت في توسيع فهم الضوء وانتقاله على شكل موجات وترددات كهرومغناطيسية.
كما أسهمت هذه الأبحاث في صياغة قوانين تتعلق بموجات الراديو عبر الترددات المنخفضة والمتوسطة، بالإضافة إلى أشعة إكس وأشعة غاما ذات الترددات العالية جداً.
وحدات القياس الكهرومغناطيسية
كما ذكر سابقًا، توجد علاقة وثيقة بين الطاقة الكهربائية والطاقة المغناطيسية، ويُستخدم نفس النظام للوحدات في قياسهما:
- وحدة أمبير لقياس شدة تيار الكهرباء.
- وحدة كولوم لقياس شحنة الكهرباء.
- وحدة هنري لقياس المحاثة.
- وحدة فاراد لقياس السعة الكهربائية.
- وحدة أوم لقياس مقاومة الكهرباء في المواد الموصِّلة.
- وحدة فولت لقياس فرق الجهد الكهربائي.
- وحدة واط لقياس القدرة الكهربائية.
- وحدة تسلا لقياس تدفق المغناطيس.
- وحدة ويبر لقياس تدفق المغناطيس أيضاً.
أهمية المجالات الكهربائية والمغناطيسية واستخداماتها
تعتمد جميع الأجهزة الكهربائية الموجودة على وجه الأرض على المبادئ الأساسية لهذه المجالات، ومن أهم المجالات التي تخدم البشرية في السياقات الكهرومغناطيسية هي:
مجالات الإضاءة
الإضاءة هي أحد المجالات التي يستفيد منها كافة سكان العالم، حيث إن الضوء الناتج من الشمس هو عبارة عن موجات كهربائية ومغناطيسية.
مجالات الاتصالات
تشمل مجالات الاتصالات عمل الهواتف المحمولة، الإنترنت، والقنوات الفضائية، حيث تُعتبر هذه المجالات أساسية للحياة الحديثة.
مجالات توليد الطاقة
تعمل المولدات الكهربائية المعتمدة على المحروقات أو البخار على استخدام المبادئ الكهربائية الناتجة عن المجالات المغناطيسية المتحركة.
المجالات الطبية
تمثل المجالات الطبية في الأجهزة المستخدمة في مراكز الأشعة، التي تلتقط الصور لأعضاء الجسم، وكل هذه الأجهزة تعتمد بشكل كبير على المجالات الكهربائية والمغناطيسية.
المجالات العسكرية
تشمل المجالات العسكرية عمل أجهزة الرادار التي تستخدمها القوات المدرعة، فضلاً عن التوجيهات الخاصة بالصواريخ المعتمدة على الأشعة الكهروضوئية التي تُعتبر جزءًا من الموجات الكهرومغناطيسية.
