אלקטרומגנטיות
מתוך ויקיפדיה, האנציקלופדיה החופשית
אלקטרומגנטיות היא הענף בפיזיקה העוסק בתופעות שקשורות למטען חשמלי. בין השאר ענף זה עוסק בשדות חשמליים ומגנטיים.
ניתן לסווג את כל החלקיקים (אבני היסוד של הטבע) המוכרים לנו גם לפי המטען שלהם: חיובי, שלילי או נייטרלי. גודל המטען אינו רציף אלא דיסקרטי (בדיד) והוא זהה בכל חלקיקי היסוד בין אם חיוביים או שליליים. תמצית הכוח החשמלי היא שמטענים מאותו סוג (ושאינם נייטרליים) דוחים זה את זה, בה במידה שמטענים מסוגים שונים מושכים זה את זה. בדומה לכוח המשיכה הגרוויטציוני, עוצמת המשיכה פרופורציונית למכפלת גודל המטען של החלקיקים ולהופכי לריבוע המרחק ביניהם. חוק פיזיקלי זה נקרא "חוק קולון". הכוח המגנטי קצת יותר מורכב מהכוח החשמלי והוא מנוסח במשוואה של כוח לורנץ.
גודל הכוח החשמלי הוא עצום ביחס לכוח הגרוויטציוני, היחס ביניהם הוא מסדר גודל של 1044 כך שאילולא היה סך המטענים החיוביים בגוף מסוים שווה בדיוק לסך המטענים השליליים בו, אפשר היה להזניח את שדה הגרוויטציה (כוח המשיכה) שהגוף יוצר. הכוח הגרעיני החזק אמנם חזק יותר מהכוח החשמלי (אחרת גרעיני האטומים היו מתפרקים באופן ספונטני, שכן הם מורכבים מפרוטונים חיוביים וניוטרונים נייטרליים), אך הוא קצר טווח וניתן להזנחה במרחקים שהם מסדר גודל של אנגסטרם ומעלה. לכן מבין ארבעת הכוחות היסודיים, הכוח הרלוונטי ברוב המוחלט של התופעות שקורות סביבנו הוא הכוח האלקטרומגנטי.
חלק ניכר מהכוחות הפועלים בין האטומים הם אלקטרומגנטיים, ומקורם במטען החשמלי החיובי של הפרוטונים בגרעין האטום והמטען החשמלי השלילי של האלקטרונים המקיפים את הגרעין. כך גם לגבי הכוחות המעורבים בתגובות כימיות, שהם כוחות הנוצרים בעקבות פעולות של חלקיקים טעונים זה על זה. בנוסף, ניתן לתאר אור כהפרעות עקביות בשדה אלקטרומגנטי (כלומר, כגלים אלקטרומגנטיים), לכן ניתן לטפל בתופעות האופטיות גם כן באמצעות ענף זה.
תאוריית תורת החשמל והמגנטיות הקלאסית (האלקטרומגנטיות הקלאסית) פותחה על ידי מספר רב של פיזיקאים במהלך המאה ה-19, שהביאו אותה לשיא בעבודתו של ג'יימס קלרק מקסוול, שאיחד את כל התופעות החדשות שנצפו בתקופתו לתאוריה אחת תחת משוואות מקסוול. בתוך כך הוא גילה את הטבע האלקטרומגנטי של האור. דרך נכונה אך לא יחידה "לראות" אור היא כפתרון סינוסואידלי של משוואות מקסוול בתנאים מסוימים. כלומר אור הוא שדה חשמלי (E) ומגנטי (B) המתקדמים כגל במרחב. שדות אלו מסוגלים לבצע עבודה כפי שניתן לתיאור בעזרת חוק הכוח של לורנץ, ולכן ניתן לייחס להם אנרגיה המסווגת כאנרגיה אלקטרומגנטית. במושגים אלה האור הוא קרינה אלקטרומגנטית בעלת תדירות בטווח הניתן להבחנה על ידי מכשיר מדידה סטנדטרטי שהוא לא אחר מהעין. בניסוחה הקלאסי, סתרה האלקטרומגנטיות את המכניקה הניוטונית. סתירה זו נפתרה על ידי אלברט איינשטיין באמצעות ניסוח תורת היחסות הפרטית ששומרת על מהירות האור (קבוע של משוואות מקסוול) אינווריאנטי בכל מערכות הייחוס. בעקבות פיתוח גאומטריית המרחב-זמן ה-4 ממדי על ידי הרמן מינקובסקי אפשר לנסח את התורה האלקטרומגנטית בצורה טנזורית.
|
עיינו גם בפורטל  פורטל הפיזיקה מהווה שער לחובבי הפיזיקה ולמתעניינים בתחום. בפורטל תוכלו למצוא מידע על פיזיקאים חשובים, על ענפי הפיזיקה, על תאוריות פיזיקליות ועוד. |
טיפול בבעיות גלים אלקטרומגנטיים בגישה הקלאסית נעשה בדרכים שונות בהתאם לתחום התדרים האופייני לבעיה. תדרים גבוהים במיוחד, בהם אורך הגל קצר בהרבה מממדי המערכת, מטופלים בקירוב הנקרא "אופטיקה גאומטרית". מסלול האור מתואר על ידי קרניים, ולרוב, הבנתו המלאה אינה מצריכה ידע במתמטיקה על-תיכונית. בטווח אורכי גל מסדר גודל של ממדי הגודל האופייני במערכת, אופיו הגלי של האור בא לידי ביטוי וניתן לצפות בתופעות של התאבכות ועקיפה.
אלקטרודינמיקה היא תת-תחום של האלקטרומגנטיות העוסק בשדות חשמליים ומגנטיים המשתנים במהירות, ובהשפעותיהם על תנועת חלקיקים.
הופעת מכניקת הקוונטים חייבה את קיומה של תאוריה קוונטית של אלקטרומגנטיות. תאוריה זו, שהושלמה בשנת 1970, ידועה בשם "אלקטרודינמיקה קוונטית". כאשר האור מקיים אינטראקציה עם חומר כמו באפקט הפוטו-אלקטרי, אופיו הקוונטי של האור בא לידי ביטוי. מתורת הקוונטים אנו למדים שהאנרגיה שאור יכול לתת או לקבל מקוונטטת ליחידות של hw כאשר h הוא קבוע פלאנק ו-w היא התדירות. התיאור המלא והנכון ביותר של האור למיטב ידיעתנו הוא של תורת הקוונטים. אין סתירה בינו לבין אופטיקה גאומטרית, למשל. אופטיקה גאומטרית מתלכדת עם התיאור הקוונטי בגבול של אורכי גל קצרים.
| נושאים בפיזיקה |
|---|
|
מכניקה קלאסית | אלקטרומגנטיות | תורת היחסות | פיזיקת חלקיקים | תורת השדות הקוונטית | מכניקת הקוונטים | פיזיקת מצב מעובה | מכניקה סטטיסטית | תרמודינמיקה |
