المقدمة :
لقد تناولت في هذا البحث عن الموجات الكهرومغناطيسية من حيث تطبيقاتها وأطباف الامواج الكهرومغناطيسية وسرعة هذه الموجات الكهرومغناطيسية واشياء كثيرة أخرى .
-استقبال الأمواج اللاسلكية :
يقوم جهاز الارسال اللاسلكي بتغطية المنطقة المحيطة به بمجال كهربائي يهتز بتردد محدد. فإذا أمسكنا بقطعة من السلك المستقيم في هذا المجال ،فان الالكترونات في ذلك السلك ستتحرك تحت تأثير المجال الكهربائي المتذبذب .ومن الطبيعي ان المجال الكهربائي سيكون ضعيفا جدا عند مسافة تبعد أميالا كثيرة عن المرسل .ولكن اذا استغمل جهاز كشف حساس لأمكنه قياس حركة الشحنات في السلك نتيجة لوجود المجال ويعتبر جهاز الراديو نبيطة بنيت لهذا الغرض .
لو أن قيمة المكثف ضبطت بحيث كان التردد الطبيعي لدائرة l c هو نفسه تردد محطة الإذاعة ،فان الدائرة سوف ترن تحت تأثير الحافز للهوائي ،نتيجة لهذا تتم في دائرة l c استجابة ضخمة لتأثير أمواج اللاسلكي التي تناغمت الدائرة معها .وبهذا يصبح من الممكن موالفة جهاز الراديو ليستقبل محطة بعينها . يتقوك الدائرة الرنانة ،إذن ،بإظهار جهد متذبذب عبر c يكون متناسبا تقريبا مع جهد الخرج لمحطة الإذاعة ،وهو يتكون من موجة حاملة مضمنة بأثر النظام الميكروفوني للمحطة .ولكن الجهد عبر c سيكون صغيرا الى حد بعيد إلا بالنسبة للمحطات القريبة ولهذا السبب تقوم معظم أجهزة الراديو بتضخيم هذا الجهد عن طريق دوائر إلكترونية معقدة .
لا تستعمل معظم أجهزة الراديو التي تحمل المجال الكهربائي المهتز .وتستقبل بدلا منه الإشارة المرسلة بجزء المجال المغناطيسي المهتز من موجة (ك م).
يستخدم هوائي أداري لكشف الجزء المغناطيسي مكن الموجة .فعند مرور الموجة خلال الهوائي ،يقوم تدفقها المتغير بحث ق .د.ك في الإطار .ويستخدم ق.د.ك هذه لحفز الدائرة الرنانة مثلما حدث في الحالة السابقة .يتكون الهوائي الاطاري عادة من ملف حول قضب مصنوع من مادة مغناطيسية حديدية ،الحديد .ولو انك نظرت داخل جهاز صغير للراديو لرأيت هذا القضب بسهولة .
الكهرمغناطيسية
يولد سريان تيار كهربائي في سلك حقلا مغناطيسيا حول السلك يتوقف شكله على شكل السلك والتيار الساري .ويمكن رسم هذه الحقول المغناطيسية بطريق مماثلة لحقول المغانط الدائمة .
قاعدة السباحة لأمير :
ينص على أن الطرف الشمالي لإبرة بوصلة موضوعة قرب سلك حامل للتيار ينحرف نحو يسار شخص يفترض انه يسبح باتجاه التيار مواجها للسلك .
قاعدة اللولب لماكسويل
تنص على ان اتجاه الحقل المغناطيسي حول سلك حامل للتيار يماثل اتجاه دوران اللولب عندما يبرم باتجاه التيار .
قاعدة اليد اليمنى :
تنص على أن اتجاه الحقل المغناطيسي حول سلك يكون من باطن اليد إلي رؤوس الأصابع إذا مسك السلك باليد واشارة الإبهام إلى اتجاه التيار .
الملف :
عدة لفات لسلك حامل للتيار تشكل بلف السلك حول قطعة من مادة مشكلة
الملف المسطح:
ملف سلكي يكون طوله صغيرا بالنسبة لقطره.
الو شيعة ملف طوله كبير بالمقارنة مع قطره يشبه الحقل المغناطيسي الذي تولده
الو شيعة الحقل الذي يولده القضب . المغنطيسي ويتوقف موضع الأقطاب .
القلب : المادة الموجودة في وسط الملف والتي تحدد قوة .الحقل تحدث المواد الحديدية المغنطيسية الطربة وخصوصا الحديد الطري حقلا مغناطيسيا قويا وتستخدم في المغناط الكهربائية :
المغنطيس الكهربائي
وشيعة ذات قلب من مادة مغنطيسية حديدية طربة قوية تشكل مغطيسا يمكن تشغيله أو وقفه بوصل التيار أو قطعه .
تطبيقات المغناط الكهربائية
للمغناط الكهربائية عدد كبير من التطبيقات كلها خاصة خربها للمعادن عند وصلها ،ومن ثم فإنها تحول الطاقة الكهربائية الى طلقة ميكانيكية ينتج في اثنين من الامثلة التالية :
الرنان الكهربائي :
ينتج رنينا من التيار المباشر يجذب مغناطيس كهربائي ذراعا معدنية نحوه ،وبذلك تنفصم الدارة التي تحمل التيار الةالمغناطيس الكهربائي تتحرك بذلك الذراع وتتكرر العملية وتنتج ذبذبة الذراع رنينا ،وفي الجرس الكهربائي تضرب مطرقة متصلة بالذراع على الجرس بشكل متواصل .
السماعة :
اداة تستخدم لتحويل الإشارات الكهربائية إلى موجات صوتية يجدب المغنطيس
الدائم حجابا معدنيا ، لكن قوة الجدب تتغير عندما يسري التيار المتغير (الإشارات الواردة ) عبر ملفات المغنطيس الكهربائي وبذلك يتذبذب الحجاب فيعطي موجات صوتية .
المرحل جهاز يقفل فيه قاطع بفعل مغناطيس كهربائي .يمكن استخدام تيار صغير نسبيا في ملف المغناطيس الكهربائي لوصل تيار كبير دون وصل الدارات كهربائيا .
المغناط الكهربائية (تابع ) –مفعول متحرك :
يحدث مفعول المحرك عندما يمر سلك للتيار
داخل حقل مغناطيسي فتعمل قوة على السلك وربما ولدت حركة يستخدم هذا الأثر في المحركات الكهربائية حيث تولدت الطاقة الميكانيكية من الطاقة الكهربائية ويمكن استخدام هذا الأثر أيضا لقياس التيار لأن القوة تعتمد على مقدار التيار .
قاعدة اليد اليسرى لفلمنغ :
أو قاعدة المحرك يمكن بيان اتجاه القوة على سلك حامل للتيار داخل حقل مغناطيسي باليد اليسرى .
المحرك الكهربائي :
يستخدم اثر المحرك الكهربائي تحويل الطاقة الكهربائية إلى طاقة ميكانيكية يتألف ابسط المحركات من ملف مسطح مربع الشكل حامل التيار يدور بحرية ف حقل مغناطيسي وتنتج المحركات قوة محركة كهربائية عكسية :
تعاكس الق م ك التي تديرها .وذلك عائد الى ان المحركات تعمل بمثابة مولدات فور تشغيلها .
محرك كهربائي بسيط :
المبدل حركة مقسمة الى قسمين او اكثر يدخل التيار الى ملف*.
محرك كهربائي ويخرج منه .يضمن دخول التيار الى الملف بالاتجاه الصحيح لكي يدور المحرك باتجاه واحد بشكل متواصل .
المسفرتان :
ملامسان يصنعان عادة من الكربون يدخل منهما التيار الى المبدل في المحرك الكهربائي .
المقاييس الكهربائية :
يمكن كشف الكهرباء بوضع مغناطيس معلق قرب سلك ومراقبة انحرافه .يمكن الاستفادة من هذه الفكرة لإنتاج جهاز (مقياس ) يشير فيه الانحراف على سلم الى قوة التيار .ويمكن تكييف جهاز قياس التيار لقياس فرق الكمون *.
المقياس الغلفاني :
أي جهاز يستخدم لكسف التيار المباشر بتسجيل تأثيره المغناطيسي .ابسط أنواعه بوصلة تقع قرب سلك فتظهر ان كان فيه تيار .
ويتوسل المقياس الغلفاني بمحرك متحرك لإظهار انحراف علي سلم .
مقياس الفلط :
جهاز يستخدم لقياس فرق الكمون بين نقطتين وهو مقياس غلفاني بين نقطتين ذو مقاومة عالية على التوالي ينتج فرق كمون التيار الذي يحدث انحرافا ً بالقياس الكامل .
المقياس المتعدد :
مقياس غلفاني أضيفت إليه مفرعات للتيار ومضاعفات لقياس التيار وفروقات الكمون .
مقياس الأمبير :جهاز يستخدم لقياس التيار وهو نوع من التيار الغلفاني بملف متحرك مصمم بحيث أن التيار يولد انحرافا على كامل المقياس أي يتحرك المؤشر الى الموقع الأقصى يضاف إليه مفرع للتيار لقياس التيارات العالية فينتج انحرافا بالقياس الكامل على للسلم الجديد .
مقياس بحديدة متحركة :
مقياس يحرض فيه التيار المراد قياسه مغناطيسية في قطعتين من الحديد تجذب احاهما الأخرى أو تنبذها لتوليد انحراف.
يجب ان يكون المسار مكون من الاطوال بحيث ان تكون بالضرورة ثابته في كل طول . تدل الجهة اليسري من هذه المعادله على اننا أخذنا مركبه الموازيه لكل طول ثم نضربها في الطول ثم نجمع كل هذه الحصلات لكل الاطوال التي تكون الروه أو المسار المقفل . يساوي هذا المجموع كل التيار الذى يسري خلال العروة مضروبا في نستدل مما قيل بالنسبه للتيارات المكافحة الناتجة من تغير المجالات الكهربائية التيارات المكافئه يجب أن توخذ هى الأخرى في الاعتبار عند كتابه التيار الحاط بالعروة .
ان افتراضي التدفق الكهربائي يعمل تماما مثل تيار له قيمة تعطي بالمعادلات ويسري في نفس الاتجاه يعتبر أحد الفروض الأساسيه التي قدمها ماكسويل عند كتابه معادلاته الشهيرة . وقدكانت مبرزاته لعمل هذا الفرض غايه في
البساطة : لم يكن ممكنا التوفيق بين نتائج معادلاته ونتائج التجارب بدون هذا الفرض . وعلى الرغم منانه اعطى هذا الفرض تبريرا حدسيا كما ذكرنا فانه بالتحليل الأخير لا يمكن تبير الفرض الا باختباره بالتجربه وحدها .
وقد كانت السرعة المقاسة للضوء هى النتيجة التجريبية التي اعطت ثقلا كبيرا في تبريد مبدأ التيار لمكافىء . وسرعة الضوء يمكن التنبؤ بقيمتها بدقة باستخدام مبداً التيار المكافىء . وسنقوم بعرض احدى الطرق لعمل هذا القسم التالى :
( 1-2 ) سرعة الامواج الكهرمغناطيسية
لنعتبر حركة جزء المجال الكهربائى في موجة ( ك م ) خلال الفراغ وسنتبع نفس الاسلوب الذى استخدم من قبل في موجة ( ك م ) خلال الفراغ وسنتبع نفس الاسلوب الذى استخدم من قبل في القسم 22-9 عند تطبيق قانون الحث لفاراداى على جزء المجال المغنطيسي للموجة . ولاشك أننا نذكر اننا وجدنا هناك أن المجال المغناطيسى قد ولد مجالا كهربائيا وان كلا المجالين ارتبط بمعادلة هى :
حيث هى السرعة التي تنتقل بها الموجة .
بين الشكل 22-25أ رسما بيانيا للمجال الكهربائي عند لحظة معينة على طول محور X وقد بيناه في المستوى افقى بدلا من الراسى حتي تتمكن من ثمثيلة بصورة أفضل في اجزاء اخرى من الشكل .
ويفترض ان المواجة تنتقل الى اليمين بسرعة ويوضح الجزء ( ب ) مقطعا لمواجة المجال الكهربائي ثم مكبرة في الجزء ( ج ) ونريد الان ان نعتبر التغير في التدفق الكهلربائي خلال الاطار المستطيل الموضح في الجزء ( ح ) عند انتقال الموجة عبره الى اليمين واذا ما فسرنا
هذا التغير على انه تيار مكافىء فاننا نطبق قانون أمبيرللدوائر على الاطار المعطي في محاولة لايجاد المجال المغناطيسى .
ستنتقل الموجه الت تتحرك الى اليمين بسرعة مسافة خلال الفترة وبعد هذه الفترة سينزاح الاطار الي السار مسافه على المواجة كما هو مبين بالموقع المنقط في الجزء من الشكل . وخلال هذه العملية تفقد كميه من التدفق وذلك من الناحية اليمني للاطار وتكتسب كمية من ناحية اليسري . ويكون التغير الخالص في التدفق .
حيث استبدل بالكمية اما التيار المكافى فهو ما يعطي بالمعادلة سيكون هذا هو التيار المحاط بالاطار وهو التيار الذى يستخدم في قانون امبير للدوائر .
بالرجوع الى الجزء فاننا سنقوم بجمع الحاصلات بادئين عند ومتحركين مع عقارب الساعة ثم نعود مرة اخري . حيث ان ثابت عند كل النقط الواقعة على الخط الذى يعتبر جزاء منه لذا فالمجال المغناطيسي المستحث على طوله يكون أيضاً ثابتا وهو أما المجال المغناطيسي على طول وهو ثابت بالمثل فسنرمز له بالرمز ولما كان الجانب والجانب للاطار معرضين لمجالات كهربائية متشابهة فان ستكون أيضا متطابقة على طول – هذين الجانبين . على أنه يجب ملاحظة أنه عند جمع متجهات الاطوال – اثناء تقدمنا حول الاطار مع عقارب الساعة – فان المتجهات التى ستكون متعاكسة مع تلك التي على الجانب ولما كان يقع في نفس الاتجاه لكل من الجانب الاعلى والجانب الاسفل لذا فهو مواز للتيار عند الجانب الاعلى ومتواز ومتضاد عند الجانب الاسفل فى النقطة المناظرة . وعى هذا عند كتابة قانون امبير للدوائر ستكون كل كمية على الجانب الاعلى من الاطار ملغاة بكمية متساوية ومتضادة من الجانب الاسفل للاطار .
لو ان قيم المجال الكهربائي كانت صفراء أى لو لم يكن هناك تيار مكافىء ولكانت كل من صفرا علاوة على هذا لو كان الاطار طويلا جدا بحيث كان الجانب في منطقة يوجد بها مجال كهربائي بينما يقع في منطقة يكون فيها صفرا بحيث يكون كل من صفرا وعندئذ يكون لدينا – من المعادلة
ولكن بما أن كان من المكن اعتباره في اى مكان فان هذه العلاقة تعتبر عامة لأية نقطة وليس للنقطة التي يكون فيها . ومن ثم نصبح في حل من اسقاط الرموز السفلية في المعادلة وكتابتها بشكل عام .
تفيد المعادلة بأن جزء المجال الكهربائي المتحرك من وجة يقوم بتوليد مجال مغناطيسي (( فتدفق المجال الكهربائي المتدفق يكافيء تيارا وهذا التيار المكافىء هو الذى يولد المجال المغناطيسي . بالجوع مرة أخري نجد ان تدفق الكهرباء يزيد متجها لداخل الصفحة عند تحريك الموجة الى اليمين ( أو عند تحريك الاطار الى اليسار ) ويكافىء هذا تيار متجهات الى داخل الصفحة وحسب قاعدة اليد اليمني يكون المجال المغناطيسى مؤثرا بشكل اساسى مع عقارب الساعة حول الاطار . فان المعادلة تفيد بأن يجب أن يكون أكبر من كما هو موضح في الشكل .
ويكون اتجاه كل من بالضرورة الى اعلى وذلك لان يجب أن توثر مع عقارب الساعة حول لاطار . لو اننا قارننا الاتجاه فاننا أدرنا مستوى متجهات عموديا على مستوي الصفحة لسهولة الرسم فعند عمل مقارنة يجب أن يكون قابلا للتطبيق في حالة العلاقة التي أوجدناهل .
والمقارنة بين الراهنة وتلك التي عولجت من قبل تتضح عند الرجوع الى المعادلات التي نتجت بكل من الحالتين فقد وجدنا سابقا ان الجزء المغناطيسي من موجة كهرمغناطيسية قد ولد جال كهربائيا معطي بالعلاقة .
وفي كلتا الحالتين يكون متطابقين ويكون الاتجاه النسبى للمجالات متطابقة . وهذا يعني بالضرورة أن من حيث الاتجاه والطور . وبالمثل يتطابق كل في الاتجاه والطور . ويكون السؤال الملح الان : هل هما نفسهما من حيث التطابق وهل هما ايضا نفس الشىء؟ لقد أوضحنا فعلا تطابقهما في الاتجاه والطور فلو ان المقادير ايضا كانت متطابقة فان اجابه السوال تصبح (( نعم ))
هذه النتيجة حق مذهلة .. لقد استخدمنا قانون الحث لفاراداى مع مبدأ ما كسويل للتيار المكافىء وذلك لايجاد سرعة أمواج ( ك . م ) وقد اتضح ان هذه هي سعة الضوء المقاسة وقد قمنا أثناء ذلك بفرض الن المجال الكهربائي المولد من تغير المجال المغناطيسى كان فعلا الجزء الكهربائي من الموجة ( ك م ) وبالمثل قام جزء المجال الكهربائي المتغير من موجة ( ك م ) بحث مجال مغناطيسي تحت مطابقته مع الجزء المغناطيسي من الوجة ( ك م ) . بمعني آخر لقد افترضنا أن الموجة ( ك م ) تولد نفسها أثناء انتقالها في الفراغ . وقد قادنا هذا الفرض الى ان نستنتج أن الموجة تنقل بسرعة الضوء . وقد أشارت كثير من التجارب الى صحة هذا الاستنتاج وبهذا تعير اقتراحاتنا التصديق .
لقد كان ماكسويل – كما ذكرنا - هو أول من اكتشف العلاقة المتبادلة بين الضوء و الكهرمغناطيسية وقد استنتج أن الضوء هو موجة ( ك م ) وهو استنتاج تم التحقق منه خلال السنوات التي نلت ذلك على نطاق واسع . على الرغم من ان أمواج اللاسلكى لم تكن قد اكتشفت حتى الوقت الذى مات فيه ماكسويل ( 1879 ) الا ان هاينريش هيرتز ( 1857 – 1894 ) كان قد نجح في توليد أمواج ( ك م ) غير الضوء عام 1887 وقد اثبت فيما بعد أن هذه الأمواج تنتقل بسرعة الضوء وبذا تم تبرير تنبؤ ماكسويل بشكل كامل ونهائى .
الخاتمة :
وفي ختام هذا البحث أرجو أن يكون قد نال على رضاكم واعجابكم .
المراجع :
1- اسم الكتاب : الفيزياء المسلية .
المؤلف : بيد سليمان ياكوف.
2- معجم الفيزياء المصور
المؤلف تريس دكسلان
3- أساسيات الفيزياء
المؤلف ف . بوش وآخرون