تجربة عجلة ماكسويل واهم النطريات التى سبقتها

يعد العالم ماكسويل من اكثر علماء القرن التاسع عشر تأثيرا فى علم الفيزياء فقد جاء بالمركز الثالث بعد العالم نيوتن واينشتاين كما كان اينشتاين يعلق صورة ماكسويل على جدار كتبه دليلا على انجازاته وشغفه به وقيل فيه انه الاعمق والاكثر نفعا لعلم الفيزياء بعد نيوتن فقد كان ماكسويل شديد الحب للفيزياء ودرس على يد كبار اساتذة جامعة كمبردج وقد اخترع العالم ماكسويل جهاز معدنى كبير مكون من حدافة ومعلقة من حبلين قويين ومثبتين فى اطار معدنى وتكون هذه الحبال ملفوفة حول عمود العجلة ويتم تحريره بعد ذلك ستسقط العجلة الى اسفل ولكنها ستلف نفسها حول الحبل مرة اخرى وتطلع الى اعلى فهى تحمل قوى دافعه فى الاتجاه المعاكس وقد صممه ليثبت الحفاظ على الطاقة وسمي هذا الجهاز بعجلة ماكسويل وسوف نتحدث فى هذه المقالة عن تجربة عجلة ماكسويل والهدف منها.

تاريخ اكتشاف الظاهرة الكهرومغناطيسية

لكى يتم اكتشاف تلك الظاهرة مر العلماء بعدة اكتشافات ونظريات من اهمها :

العالم الفيزيائى الايطالى لويحي غالفاني

اكتشف انه اذا تلامس معدنين يتم توليد تأثيرات كهربائية كان ذلك فى عام 1791 م

العالم الايطالى الساندرو فولتا

طور اكتشاف العالم لويجي واستخدم سلسة او بطارية تماس بين معدنين ليتم توليد دفق كهربائى متواصل ولكن هذا الاكتشاف جعل التغير الظاهرى بين الكهرباء والمغناطيس على اشده حيث انه من السهل توليد تييار كهربي متحرك ولكن لا يوجد اى تشابه للاقطاب المغناط
يسية

العالم الدانمركي هانز كريستيان

اكد على وجود رابطة بين الكهرباء والمغناطيس حيث ان التيار الكهربى اثناء سيرانه فى السلك فانه يولد حرارة كما يمكنه توليد ضوء ايضا واخذ يتسائل الا يمكن للكهرباء اثناء سيرانها فى سلك دقيق ان تولد تأثيرات مغناطيسية ولكن لم يكن لديه متسع من الوقت ليجرى التجارب كما انه كان ليس ماهرا بها ولكنه استطاع اثبات ذلك اثناء محاضرة كان يعطيها لاحد التلاميد وقام بوضع سلك دقيق من البلاتين فوق بوصلة بشكل متوازى مع محور الابرة شمال- جنوب لوحظ ان الابرة تلقت هزة عند مرور التيار ولكنها كانت طفيفة الا انه عاد تجربتها مرة اخرى بعد المحاضرة واثبت وجود ارتباط بين المغناطيس والكهرباء الامر الذى ادى الى شغف الفيزيائيين

العالم الفرنسي دومينيك

اكتشف انه لا يجذب التيار الكهربي ابرة ممغنطة وحسب وانما يجذب اليه نشارة الحديد العادية الغير ممغنطة فالتيار الكهربي يستطيع توليد الكهرباء تأثير مغناطيسي لا يمكن تمييزه عن تأثير المغناطيس العادي

العالم الفرنسي اندريه مارى اميير

اكتشف انه يمكن ان نجعل التيارات الكهربائية تتصرف كالاقطاب المغناطيسية حيث قام بلف سلك على شكل لولبي فاكتشف ان التيار السارى باتجاه واحد فى كل لولبة قد تزايد حيث انه اقوى فى السلك المستقيم ويتصرف اللولب مثل قضيب ممغنط ذو قطب شمالي وقطب جنوبي

العالم البريطاني وليم سترجون

قام بلف سلك نحاسي عار ثمان لفات لولبية حول قطعه حديدية على شكل حرف U دون ان يلمس القطعه الحديدية والتى غرضها زيادة تركيز التيار المغناطيسي الى درجة يحصل معها مغناطيس كهربي وعند وصول التيار الكهربي فان المغناطيس يستطيع رفع عشرين ضعف من وزنه اما عند قطع التيار فان تأثيره يتلاشي

العالم الفيزيائى جوزف هنرى

استطاع ان يحصل على مغناطيس صغير الحجم يمكنه رفع طن من الحديد فقد احضر سلك معزول ولفه بعدد كبير من الحلقات اللولبية حول قضيب حديدى وقد اكمل مسيرته العالم مايكل فاراداي برده على سؤاله ايمكن الحصول على تيار كهربي من المغناطيس وكانت ايجابته نعم يمكن فقد احضر قضيب ممغنط داخل لولب من سلك معدني غير موصول ببطارية وفى لحظة ادخاله لوحظ سريان نبضة كهربائية باتجاه معين وعند سحب المغناطيس سرت نبضة باتجاه اخر وعمل هذا العالم باختراعه جهاز يدار فيه قرص نحاسي بانتظام بين قطبي المغناطيس فتولد تيار كهربي داخل النحاس وبذلك حقق اول محرك كهربي فى توليد الكهرباء
تم اثبات بذلم ان الكهرباء والمغناطيس هما ظاهرة متراطبة وكلا منهما يمكنه توليد الاخر

العالم الاسكتلاندي جايمس كلارك ماكسويل

وضع نظام من اربع معادلات بسيطة تصف التفاعلات المتبادلة بين الكهرباء والمغناطيس وفسرت كل سلوك كلا منهما ورأى انه بدل هناك حقل كهربائى متغير فهناك حقل مغناطيس متغير واكتشف ان الضوء فى كل اطوال موجاته من اشعه جاما الى موجات الراديو هو اشعاع كهربائى مغناطيسي ويشكل ايضا مجموع موجاته الطيف المغناطيسي وتم جمع الضوء والكهرباء والمغناطيس فى ظاهرة واحدة وقد وصف ماكسويل قوانين الحقل والوصف الرياضى والكمى لها بما يسمى معادلات ماكسويل وتعتبر صياغه هذه المعادلات هى اهم حدث فيزيائي منذ زمن نيوتن لانها تمثل نوع جديد من القوانين فهى قوانين تمثل بنية الحقل.

الخطوات التى قادت ماكسويل لعمل المعادلات

الخطوة الاولى هى تقليص الخط الدائرى للحقل المغناطيسي الذى يلتف حول التيار وحول الحقل الكهربائي المتغير فى تجارب اورستد ورولاند ويجب ايضا تقليص الخط الدائرى للحقل الكهربائي الذى يلتف حول الحقل المغناطيسي المتغير فى تجربة فاراداى
الخطوة الثانية وهى ان نعتبر الحقل شىء حقيقي وان الحقل الكهرومغناطيسي يحدث له تغيير حسب قانون ماكسويل
الفضاء كله يخضع لتلك القوانين وليس بعض النقاط التى توجد فيه او الشحنات ففى نظرية ماكسويل ان كنا نعرف الحقل فى احدى اللحظات فان كيفية تغير الحقل كله فى الفضاء والزمان سهل حدوثه حيث ان تلك المعادلات تسمح لنا بتتبع تاريخ الجسيمات المادية
من خلال الرياضية من معادلات ماكسويل يمكن كشف اوصاف الحقل المحيط بالشحنة الهزازة ومعرفة بنيته بالقرب من المنبع وبعيد عنه وحصيلة تلك هى الموجة الكهرومغناطيسية
        B=µ H & E D = €

ما توصل اليه العالم ماكسويل

استطاع ان يضع النظرية الكهرومغناطيسية فى اربعه معادلات والتى تصف سلوك كلا من المجالات الكهربية والمغناطيسية وتعبر هذه المعادلات عن

• كيفية انتاج المجال الطهربي من الشحنات الكهربية وتعرف بمعادلة ماكسويل الاولى.
• استحالة الحصول على المغناطيسيات احادية القطب وهى معادلة ماكسويل الثانية.
• كيف ان التغير فى المجال الكهربي ينتج مجال مغناطيسي وهى المعادلة الثالثة.
• كيف ان التغير فى المجال المغناطيسي ينتج مجال كهربي وهى المعادلة الرابعه.