امواج الكترومغناطیس
نقطه اوج نظریه الكترومغناطیس پیش بینی وجود امواجی بود كه می توانستند در فضا منتشر شوند. این امواج از میدان‌های الكتریكی و مغناطیسی در حال حركت تشكیل می شوند. نكته جالب اینكه، وجود این امواج به صورت تجربی در اواخر قرن نوزدهم به اثبات رسید و این باعث گردید چشم انداز جدیدی از ارتباطات بر روی بشر باز شود. تلگرافِ بی سیم، رادیو و تلویزیون از دست آوردهای اوّلیه نظریه الكترومغناطیس بودند. این نظریه به شكل باور نكردنی پیش بینی نمود كه نور جزو امواج الكترومغناطیس است.
جیمز كلرك ماكسول (دانشمند اسكاتلندی) نظریه پرداز اصلی امواج الكترومغناطیس بود و توانست قوانین الكتریسیته و مغناطیسی را تحت یك قالب جمع بندی كند.
معادلات ماكسول
مراحل اوّلیه مطالعاتی الكتریسیته و مغناطیسی، كه توسط دانشمندانی همچون كولن، آمپر، اورستد و دیگران انجام شد، بر اساس مفهوم میدان الكتریكی و مغناطیسی نبود.
بعدها فكر میدان توسط فارادی مطرح شد و تا زمان ماكسول به طور گسترده مورد استفاده قرار نگرفت. ماكسول نشان داد كه تمامی پدیده های الكتریكی و مغناطیسی را می توان توسط چهار معادله (كه میدان‌های الكتریكی و مغناطیسی را شامل می‌شوند) توصیف نمود. این چهار معادله به عنوان معادلات ماكسول شناخته می شوند و معادلات پایه برای مطالعه الكترومغناطیس هستند.
این قوانین بنیادی هستند به همان شكل كه قوانین سه گانه نیوتن و قانون گرانش عام برای دانش مكانیك بنیادی اند. به یك معنی معادلات ماكسول بنیادی ترند زیرا با نظریه نسبت انیشتین سازگارند. در حالی كه قوانین نیوتن چنین ویژگی ندارند.
ازآنجاكه تمام دانش الكترومغناطیس در چهار معادله ماكسول وجود دارند بنابراین معادلات ماكسول به عنوان یكی از بزرگترین دست‌آوردهای ذهن بشر به حساب می آید.
اگرچه ما معادلات ماكسول را به شكل ریاضی بیان نمی كنیم (زیرا به ریاضیات خیلی پیشرفته نیاز دارد) اما آن ها را به صورت مفهومی ارائه می دهیم. این معادلات عبارتند از:
1 - قانون اوّل ماكسول شكل كاملتری از قانون كولن بوده كه به نام قانون گوس معروف است.
این قانون خطوط میدان الكتریكی را به چشمه های میدان الكتریكی (مثلاً بارهای الكتریكی) مرتبط می كند.
2- قانون دوّم ماكسول مفهوم مشابه‌ای را در میدان مغناطیسی بیان می كند با این استثنا‌ء كه میدان های مغناطیسی هرگز از تك قطبی های مغناطیسی نشأت نمی گیرند. به‌عبارتی هیچ چشمه مغناطیسی تك قطبی وجود ندارد و همچنین خطوط میدان مغناطیسی همواره پیوسته اند و آغاز و پایانی برای آن ها نمی توان تصور نمود (در حالی كه میدان های الكتریكی از بار نشأت گرفته و یا به بار ختم می شوند).
3- قانون سوّم ماكسول بر این موضوع تأكید می‌كند كه میدان الكتریكی بر اثر تغییر میدان مغناطیسی حاصل می‌شود.
4- قانون چهارم ماكسول نشان می دهد كه میدان مغناطیسی می تواند از جریان الكتریكی یا میدان الكتریكی در حال تغییر حاصل شود.
در حقیقت قانون سوّم همان قانون فارادی است كه در درس مغناطیس به آن اشاره شد. اوّلین قسمت قانون چهارم نیز توسط اورستد كشف گردید و معادلات ریاضی آن توسط آمپر بیان شد. اما قسمت دوّم قانون چهارم یك منظر جدیدی است كه توسط ماكسول پیش بینی شد. ماكسول چنین استدلال نمود كه اگر طبققانون فارادی تغییر میدان مغناطیسی باعث به وجود آمدن میدان الكتریكی شود آن گاه فرآیند معكوسی نیز باید قابل تحقق باشد. به طوری‌كه تغییر میدان الكتریكی بتواند میدان مغناطیسی را حاصل كند. این فرضیه ماكسول بر اساس تقارن طبیعت بنا شده بود.
مرکز یادگیری سایت تبیان - تهیه: محسنی
تنظیم: سمیرا بادامستانی
