دانلود تحقیق درمورد فیزیک الکتریسیته و مغناطیس

الکتریسیته و مغناطیس

 الکتریسیته و مغناطیس تاریخی طولانی و درازی دارند. الكتریسیته و مغناطیس ابتدا در قرن هشتم قبل از میلاد مورد توجه یونانیان باستان قرار گرفتند. مهمترین عاملی كه موجب جذب و توجه مردم به الكتریسیته ومغناطیس شد، دو ماده طبیعی كهربا و كانی مگنتیت(سنگ مغناطیس) بود. كهربا، شیره برخی از درختانی است كه چوب نرمی دارند؛ هنگامی كه این شیره از درخت بیرون می آید، پس از مدتی سفت می شود. این جامد سفت كه رنگی بین قهوه ای و زرد دارد، كهرباست. و اگر كهربا را به پارچه ای بمالیم، باردار شده و می تواند تكه های برگ یا كاغذ را جذب كند.

 سنگ مغناطیس، همان اكسید آهن است؛ كه براده های آهن را جذب می كند. سنگ های مغناطیسی می توانند یكدیگر را جذب كنند. و علت این نامگذاری آنست كه این سنگ در منطقه ای به نام “مگنزیا” یا “مغناطیس” برای نخستین بار كشف شد. كه به ماهیت این سنگ، مغناطیس گفته می شود. اگر یك تكه از این سنگ ها را بر روی آب شناور كنیم، جهت آن در راستای شمال-جنوب قرار می گیرد. همین خاصیت سنگ مغناطیسی سبب شد كه در قرون گذشته دریانوردان از آن بعنوان جهت یاب استفاده كنند.

 دموكریتوس، كه یكی از فلاسفه بزرگ باستان و بنیانگذار تئوری اتمی است، معتقد است كه میان سنگ مغناطیسی جریانی از ذرات بسیار ریز به نام اتم وجود دارد. و در این جریان هنگامی كه اتم به آهن یا سنگ مغناطیسی دیگر برخورد می كند، در برگشت به سوی سنگ مناطیس، سبب می شود كه آهن را به دنبال خود بكشاند. ویلیام گیلبرت یكی از نخستین دانشمندانی است كه در زمینه مغناطیس دست به آزمایش ها و بررسی های اساسی كرد. او مشاهده كرد كه براده های آهن در اطراف سنگ مغناطیس در راستای منظمی قرار می گیرند. و همچنین سنگ مغناطیس در حالت آویزان یا حتی سوزن های آهنی در حالت شناور در راستای شمال-جنوب قرار می گیرند.

 او چنین پنداشت كه علت این امر آنست كه زمین یك سنگ مغناطیس بسیار بزرگیست كه اینگونه عمل می كند. او برای اثبات نظریه خود، یك سنگ مغناطیس را به صورت یك كره بزرگ در آورد و سپس در اطراف و بر روی سطح این كره، سنگ های مغناطیسی كوچك و براده های آهنی قرار داد و مشاهده كرد كه این براده ها در راستای شمال-جنوب قرار می گیرند.

 قبل از اینكه به بحث در مورد خطوط و میدان مغناطیسی آهنربا و زمین بپردازیم، لازم است كه به قطب های مغناطیسی و خاصیت آن اشاره ای كنیم.

در آهنربا یا همان سنگ مغناطیسی، دو ناحیه وجود دارد كه نسبت به سایر نقاط دیگر آهنربا، خاصیت جذب براده های آهن بیشتر و راستای این براده ها به سمت این نواحی است. كه به این دو ناحیه، قطب های مغناطیسی می گویند. اگر آهنربا را شناور قرار دهیم، قطبی كه به سمت شمال است را قطب شمال یا شمال یاب، و قطب مقابل آن را قطب جنوب یا جنوب یاب می گویند. پس هر ماده مغناطیسی از دو قطب شمال وجنوب تشكیل شده است. در مغناطیس مانند الكتریسیته، قطب های ناهمنام یكدیگر را جذب و قطب های همنام یكدیگر را دفع می كنند. پس در خاصیت مغناطیسی، نیروی دفع وجذب نیز وجود دارد.

 آزمایش ها نشان می دهد كه اگر در اطراف یك آهنربا، قطب نما یا سنگ های مغناطیسی كوچك قرار دهیم، نیروی حاصله از مغناطیس بر قطب های آن ها اثر گذاشته، به طوری كه قطب شمال قطب نما به سمت قطب جنوب آهنربا و بلعكس قرار می گیرد. و این نشان می دهد، كه در نقاط اطراف آهنربا، نیرویی وجود دارد كه بر قطب های قطب نما وارد می شود و آن را در راستای مشخصی قرار می دهد. كه به مجموعه ای از این نیروها یا نقاط، میدان مغناطیسی می گویند. میدان مغناطیسی اطراف آهنربا را توسط خطوطی نشان می دهند كه این خطوط قطب جنوب(s) را به قطب شمال(n) وصل می كند. و جهت این خطوط از شمال(n) به جنوب(s) است. خطوط میدان مغناطیسی ویژگی هایی دارند كه عبارتند از:
 ۱) خطوط همانطور كه قبلا گفته شد راستاو جهتشان از شمال به جنوب است.
 ۲) خطوط یكدیگر را قطع نمی كنند.
 ۳) تراكم خطوط در نزدیكی قطب ها بیشتر از نواحی دیگر است و این نشان دهنده آن است كه نیروی مغناطیسی در این نواحی زیاد است.
 ۴) برآیند نیروهای مماس بر خطوط میدان در یك نقطه برابر با نیروی مغناطیسی در آن نقطه است.

 اكنون به سراغ علت تاثیر نیروی مغناطیسی بر براده های آهن می رویم. می دانیم كه الكترون در ساختار تمام اجسام وجود دارد كه الكترون ها دارای دو قطب مغناطیسی می باشند. بنابراین می توان نتیجه گرفت كه تمام اجسام از ذراتی تشكیل شده اند كه دارای دو قطب مغناطیسی هستند كه به این ذرات، دو قطبی مغناطیسی می گویند و به موادی كه دارای دوقطبی مغناطیسی هستند، مواد مغناطیسی می گویند.

 البته لزومی ندارد كه بگوییم این دوقطبی ها همان الكترون ها هستند بلكه این دوقطبی ها ذرات بنیادی مغناطیس هستند همانطور كه از الكترون بعنوان بار بنیادی در الكتریسیته یاد می كنیم. این دوقطبی های مغناطیسی مانند یك آهنرباعمل می كنند و در اطراف خود میدان مغناطیسی تولید می كنند.

 آهن نیز دارای این دوقطبی های مغناطیسی است اما در آهن دو قطبی های مغناطیسی به گونه ای رفتار می كنند، كه خاصیت مغناطیسی یكدیگر را خنثی   می كنند. و هنگامی كه در یك میدان مغناطیسی قرار می گیرند، بر این دوقطبی ها نیروی مغناطیسی وارد می شود، به طوری كه قطب شمال تمام این دوقطبی ها در جهت خطوط میدان قرار می گیرند. و آهن ساختار ساختمانی منظمی پیدا می كند و به یك آهنربا تبدیل می شود. كه از آن می توان بعنوان یك قطب نما استفاده كرد. اگر این آهنربا را به دوقسمت تقسیم كنیم، این آهنربا باز هم خاصیت مغناطیسی خود را حفظ می كند، زیرا دوقطبی های مغناطیسی در یك جهت قرار دارند و این دو قطبی ها عامل ایجاد خاصیت مغناطیسی در آهنربا هستند.
سوالی كه پیش می آید این است كه آیا فقط آهن تحت تاثیر میدان مغناطیسی قرار می گیرد؟ برای پاسخ به این سوال برمی گردیم به مواد مغناطیسی كه از دو قطبی های مغناطیسی تشكیل شده اند در مواد مغناطیسی، حركت و رفتار دوقطبی ها به گونه ای است كه اثر میدان مغناطیسی یكدیگر را خنثی می كنند.