اثر مغناطیسی جریان الکتریکی
تاریخچه:
اثرهای ساده الکتریکی و مغناطیسی را از زمانهای قدیم می شناختند. حدود 600 سال قبل از میلاد یونانیان می دانستند که آهنربا آهن را جذب می کند، و کهربای مالیده به لباس چیزهای سبک مانند کاه را به سوی خود می کشد. با وجود این اختلاف بین جذب های الکتریکی و مغناطیسی تعیین نشده بود و این پدیده ها را از یک نوع در نظر می گرفتند.
محقق برجسته:
خط فاصل روشن بین این دو پدیده را گیلبرت (W.Gilbert)، فیزیکدان و طبیعت شناس انگلیسی ، پیدا کرد. و نیز او کتابی درباره آهنربا ، "اجسام آهنربایی" و "زمین به عنوان آهنربای بزرگ" در سال 1600 منتشر کرد.
کار وی شروع بررسی در پدیده های الکتریکی را نشان می دهد. گیلبرت در این کتاب همه خواص آهنرباهای شناخته شده تا آن زمان را تشریح کرده و نتایج آزمایشهای خیلی مهم ، شخص خود را نیز آورده است. همچنین وی شماری از تفاوت های اساسی بین جذب های الکتریکی و مغناطیسی را مشخص نموده و اصطلاح “الکتریسیته“ را وضع کرده است.
سیر تحولی و رشد:
- بعد از انتشار کارهای گیلبرت ، تمایز بین پدیده های الکتریکی و مغناطیسی مسلم شد، اما به رغم اینکه اختلافها شماری از واقعیت ها ارتباط ناگسستنی بین این پدیده ها را پدیدار ساخت. برجسته ترین این واقعیت ها مغناطیس اشیای آهنی و وارونی عقربه قطب نما بر اثر آذرخش بودند.
- آراگو (D.F.Arago)، فیزیکدان فرانسوی در کتاب خود به نام "تندر و آذرخش" ، شرح می دهد که چگونه در ژوئیه سال 1681، در کشتی راین (reine) واقع در دریای آزاد حدود صدها مایل از ساحل بر اثر آذرخش دکل ها ، بادبانها و غیره بطور جدی صدمه دیدند. وقتی که شب فرا رسید، از روی وضع ستارگان دریافت که از سه قطب نمای در دسترس دو تا به جای شمال به سمت جنوب ایستاده بودند، در حالی که یکی از آنها به سمت شمال بود، آراگو همچنین شرح می دهد که هر گاه آذرخش به خانه بخورد، کارد . چنگال و سایر اشیای آهنی را به شدت آهن ربا می کند.
- در آغاز قرن هجدهم ثابت شد که آذرخش در واقع جریان الکتریکی شدیدی است که از هوا می گذرد. بنابراین به این نتیجه می رسیم که جریان الکتریکی خواص مغناطیسی دارد اما این خواص جریان فقط در سال 1820 توسط اورستد (H.Oersted) فیزیکدان دانمارکی با آزمایش مشاهده و بررسی شد.
همان طوری که نیروهای موثر بر بارهای الکتریکی نیروهای الکتریکی نام دارد، نیروهای موثر بر آهنرباهای طبیعی یا مصنوعی را نیروهای مغناطیسی می گویند.
منشا میدان مغناطیسی:
اگر در فضای نیروهای الکتریکی حاکم باشد و بر ذرات باردار نیروی الکتریکی وارد کند، می گوییم در این فضا میدان الکتریکی وجود دارد. از این رو آزمایش نشان می دهد که در فضای اطراف جریان الکتریکی ، نیروهای مغناطیسی ظاهر می شود، یعنی میدان مغناطیسی به وجود می آید.
اولین سوال اورستد:
آیا ماده سیم روی میدان مغناطیسی به وجود آمده از جریان اثر دارد یا نه؟
اورستد دریافت که سیم های اتصال را می توان از چند سیم یا نوار باریک مختلف درست کرد و جنس فلز در نتیجه اثر نمی گذارد (احتمالا اگر بزرگ باشد اثر می گذارد). چون فلزات مختلف ، مقاومت های الکتریکی متفاوتی دارند، اگر به باتری وصل شود، می توانند جریان های متفاوت داشته باشند و در نتیجه اثر مغناطیسی این جریان ها متفاوت خواهد بود.
اما باید به خاطر داشت که آزمایش اورستد پیش از وضع قانون اهم و دست یابی به مفهوم بستگی مقاومت رساناها به جنس ماده تشکیل دهنده آنها انجام گرفته است. اگر آزمایش اورستد با سیم های پلاتین ، طلا ، نقره ، برنج ، و آهن یا نوارهای روی و قلع یا جیوه انجام گیرد ، همین نتیجه اخیر به دست می آید. اورستد آزمایشاتش را با فلز ، یعنی رساناهایی با رسانش الکترونی ، انجام داد.
اثر مغناطیسی جریان الکترولیتی:
اگر در آزمایش اورستد فلز رسانا را با لوله دارای الکترولیت یا لوله ای که داخل آن تخلیه الکتریکی صورت می گیرد، استفاده شود. هرچند در این حالت ها جریان الکتریکی از حرکت یونهای مثبت و منفی ناشی می شوند ولی اثر آنها روی عقربه مغناطیسی با اثر رسانای فلزی یکسان است.
بدون توجه به رسانای حامل جریان ، در فضای اطراف آن میدان مغناطیسی به وجود می آید. از این رو می توان گفت که در اطراف هر جریانی میدان مغناطیسی ظاهر می شود. این خاصیت اصلی جریان الکتریکی در اثرهای حرارتی و شیمیایی جریان الکتریکی نقش بازی می کند.
اثر مغناطیسی جریان و خواص الکتریکی رسانا:
ایجاد میدان مغناطیسی معمولترین خاصیت از سه خاصیت جریان الکتریکی است. جریان الکتریکی فقط در یک نوع رسانا (الکترولیت ها) اثر شیمیایی به وجود می آورد، نه در دیگران (فلزات). مقدار جریان آزاد شده توسط جریان ، بسته به مقاومت رسانا ، می تواند بیشتر یا کمتر باشد.
در ابر رساناها ممکن است همراه جریان ، گرما آزاد می شود. از طرفی دیگر میدان مغناطیسی با جریان الکتریکی پیوندی جدایی ناپذیر دارد. این میدان به خواص مشخصی از رسانا بستگی ندارد و فقط شدت و جهت جریان آن را تعیین می کند. بیشترین کاربردهای صنعتی الکتریسیته نیز به وجود میدان مغناطیسی جریان وابسته می باشند.