تفاوت میدان الکتریکی با میدان مغناطیسی — به زبان ساده

۸۴۸۸ بازدید
آخرین به‌روزرسانی: ۲۰ اردیبهشت ۱۴۰۲
زمان مطالعه: ۵ دقیقه
تفاوت میدان الکتریکی با میدان مغناطیسی — به زبان ساده

در این مقاله قصد داریم تا با زبانی ساده به تفاوت میدان الکتریکی با میدان مغناطیسی بپردازیم. اولین مطلبی که در بحث تفاوت میدان الکتریکی با میدان مغناطیسی می‌توان مطرح کرد، منشأ تولید آن‌ها است. میدان الکتریکی در اطراف توزیع بارهای الکتریکی ساکن به وجود می‌آید که این توزیع ذرات باردار می‌تواند مثبت و یا منفی باشد. این در حالی است که میدان مغناطیسی در اطراف قطب‌های یک آهنربا یا یک ذره باردار متحرک پدید می‌آید (شکل ۲).

در ادامه این مقاله با ما همراه باشید تا در قالب جدولی مقایسه‌ای، بیشتر به تفاوت میدان الکتریکی با میدان مغناطیسی بپردازیم. قبل از ارائه جدول مذکور، بهتر است که نگاهی کوتاه و خلاصه بر تعریف میدان‌های الکتریکی و مغناطیسی داشته باشیم.

میدان الکتریکی (Electric Field)

در دو مقاله «محاسبه میدان الکتریکی -- به زبان ساده» و «میدان الکتریکی (Electric Field) چیست؟ — از صفر تا صد» با مفهوم و فیزیک میدان‌های الکتریکی آشنا شدیم. به بیانی ساده و خلاصه، هر ذره باردار در اطراف خود خاصیتی ایجاد می‌کند که اگر ذره‌ای دیگر در نزدیکی ذره مذکور قرار گیرد، بر آن نیرو وارد می‌شود.

خطوط میدان الکتریکی
شکل (۱): خطوط میدان الکتریکی از بار مثبت خارج و به بار منفی وارد می‌شوند.

این خاصیت ایجاد شده در اطراف ذره باردار را میدان الکتریکی می‌گویند. این امر به زبان ریاضی به شکل ساده زیر است:

$$\large E = \frac{ F\ (N) }{ q\ (C) }$$

همان‌طور که مشاهده می‌کنید، واحد سنجش میدان الکتریکی نیوتن بر کولن است. مطابق با رابطه‌ای که ولتاژ (اختلاف پتانسیل) با میدان الکتریکی دارد، واحد ولت بر متر نیز جهت سنجش میدان الکتریکی بکار می‌رود. در علوم مهندسی بیشتر از واحد سنجش ولت بر متر استفاده می‌کنند.

$$\large V_{f} - V_{i} = - \int_{i}^{f} E.dx \Rightarrow V = E x \Rightarrow E = \frac{ V\ (Volt) }{ x\ (m) }$$

میدان مغناطیسی (Magnetic Field)

در دو مقاله «میدان مغناطیسی — به زبان ساده» و «میدان مغناطیسی جریان — از صفر تا صد» با مفهوم و فیزیک میدان‌های مغناطیسی آشنا شدیم. برخی مواد ذاتاً دارای خواص مغناطیسی بوده و در ناحیه اطراف خود خاصیتی را ایجاد می‌کنند که اگر ذره بارداری با سرعت $$v$$ در این ناحیه قرار گیرد، بر آن نیرویی به فرم زیر وارد می‌شود:

$$\large \overrightarrow{F} = q \overrightarrow{v} \times \overrightarrow{B}$$

$$\large \Rightarrow B = \frac{ F\ (N) }{ q\ (C)\ .\ v\ (\frac{ m }{ s }) }$$

از رابطه فوق مشخص است که واحد سنجش میدان مغناطیسی برابر با نیوتن ثانیه بر کولن متر است. همچنین این واحد را به صورت اختصار تسلا ($$Tesla$$) می‌نامند. یکی دیگر از واحد‌های سنجش میدان مغناطیسی، بر اساس رابطه زیر، وبر بر متر مربع است. وبر (Wb) واحد شار مغناطیسی است.

$$\large B = \frac{ \Phi\ (Wb) }{ A\ (m^{2}) }$$

جدا از مواد مغناطیسی نظیر آهنربا که ذاتاً به صورت دوقطبی هستند، یکی دیگر از منابع تولید میدان مغناطیسی، سیم حامل جریان (بارهای الکتریکی متحرک) است. میدان مغناطیسی تولید شده اطراف سیم حامل جریان را می‌توان توسط قانون بیوساوار به دست آورد.

میدان مغناطیسی
شکل (2): منابع مختلف میدان مغناطیسی

لازم به ذکر است که براساس قانون القای فارادی، تغییرات میدان مغناطیسی می‌تواند منجر به تولید میدان الکتریکی شود. ارتباط بین میدان‌های الکتریکی و مغناطیسی که به علم الکترومغناطیس موسوم است، در معادلات ماکسول بحث می‌شود.

جهت آشنایی با روند به دست آوردن فرم دیفرانسیلی معادلات ماکسول از قوانین پایه‌ای الکتریسیته و مغناطیس به مقاله «فرم دیفرانسیلی معادلات ماکسول — به زبان ساده» مراجعه فرمایید.

تفاوت میدان الکتریکی با میدان مغناطیسی

در این بخش، در قالب جدولی مقایسه‌ای به تفاوت میدان الکتریکی با میدان مغناطیسی خواهیم پرداخت.

مولفه مقایسهمیدان الکتریکیمیدان مغناطیسی
تعریفاگر ذره بارداری در نزدیکی ذره باردار دیگری قرار گیرد، بر آن نیرو وارد می‌شود. این نیرو، حاصل میدان الکتریکی تولید شده از بار دیگر است.نیرویی که یک ذره باردار متحرک در نزدیکی یک آهنربا احساس می‌کند ناشی از میدان مغناطیسی است.
واحدنیوتن بر کولن و ولت بر مترتسلا (نیوتن ثانیه بر کولن متر)
نماد$$E$$$$B$$
فرمول$$E = \frac{ F }{ q } = \frac{ V }{ x }$$$$B = \frac{ F }{ q v } = \frac{ \Phi }{ A }$$
ابزار اندازه‌گیریالکترومترمگنتومتر
قطبتک قطبی (تک ذره باردار) دو قطبی (تک قطبی مغناطیسی وجود ندارد)
نوع میدانبرداریبرداری
میدان الکترومغناطیسیعمود بر میدان مغناطیسی و بردار انتشارعمود بر میدان الکتریکی و بردار انتشار
خطوط میدانبه بار الکتریکی منفی وارد و از بار الکتریکی مثبت خارج می‌شود.از قطب شمال (N) خارج و به قطب جنوب (S) وارد می‌شود.
حلقه (loop) حلقه بسته تشکیل نمی‌دهند.حلقه بسته تشکیل می‌دهند.
نوع بار یا قطبمثبت و منفیشمال (N) و جنوب (S)
نیروجذب بین دو بار ناهمنام و دفع بین دو بار هم نامجذب بین دو قطب ناهمنام و دفع بین دو قطب هم نام
کارکار انجام می‌دهد (سرعت و جهت ذره تغییر می‌کند).کار انجام نمی‌دهد (سرعت ذرات ثابت باقی می‌ماند).

در زیر تفاوت میدان الکتریکی با میدان مغناطیسی را که در واقع توضیح جدول فوق هستند را ارائه می‌کنیم:

  1. ناحیه اطراف بار الکتریکی که در آن نیروی الکتریکی وجود دارد، میدان الکتریکی نامیده می‌شود. همچنین ناحیه اطراف یک آهنربا (قطب N یا S) که باعث ایجاد دافعه یا جاذبه می‌شود، میدان مغناطیسی نامیده می‌شود.
  2. در سیستم بین‌المللی SI، واحد سنجش میدان الکتریکی و مغناطیسی، به ترتیب نیوتن بر کولن و تسلا است.
  3. میدان‌های الکتریکی و مغناطیسی هر دو از جنس بردار بوده و دارای اندازه و جهت هستند.
  4. شدت یا اندازه میدان‌‌های الکتریکی و مغناطیسی به ترتیب با الکترومتر و مگنتومتر محاسبه می‌شود.
  5. در امواج الکترومغناطیسی، میدان‌های الکتریکی و مغناطیسی بر یکدیگر عمود بوده و هر یک نیز بر بردار انتشار عمود هستند.
    موج الکترومغناطیسی
    شکل (3): میدان‌های الکتریکی و مغناطیسی متغیر با زمان عمود بر یکدیگر، امواج الکترومغناطیسی را تشکیل می‌دهند.
  6. میدان الکتریکی می‌تواند توسط یک تک قطبی (تک ذره باردار مثبت و یا منفی) تولید شود. اما وجود تک قطبی مغناطیسی غیر ممکن است. آهنربا با دو قطب N و S، دوقطبی مغناطیسی به حساب می‌آید.
  7. جهت خطوط میدان الکتریکی به گونه‌ای است که به بار منفی وارد و از بار مثبت خارج می‌شوند (شکل 1). میدان مغناطیسی نیز در قطب N تولید و به صورت حلقه‌ای بسته به قطب S وارد می‌شوند. در داخل آهنربا نیز خطوط میدان از S به N است.
    آهنربا
    شکل (4): تشکیل حلقه بسته توسط خطوط میدان مغناطیسی
  8. خطوط میدان الکتریکی بر خلاف میدان مغناطیسی تشکیل حلقه بسته نمی‌دهند. دقت داشته باشید که در دوقطبی الکتریکی با بار مثبت و منفی نیز حلقه بسته تشکیل نمی‌شود.
    دو قطبی
    شکل (5): خطوط میدان در یک دوقطبی الکتریکی
  9. بارهای الکتریکی همنام یکدیگر را دفع و بارهای ناهمنام یکدیگر را جذب می‌کنند. به طور مشابه قطب‌های همنام مغناطیسی یکدیگر را دفع و قطب‌های ناهمنام یکدیگر را جذب می‌کنند.
  10. میدان الکتریکی توانایی انجام کار را دارد. به عبارت دیگر، سرعت و جهت ذره باردار را می‌تواند تغییر دهد. این در حالی است که میدان مغناطیسی توانایی انجام کار را ندارد. با اینکه جهت حرکت ذره در میدان مغناطیسی تغییر می‌کند، اما سرعت آن ثابت باقی می‌ماند.

اگر مطالب ارائه شده در این مقاله برای شما مفید بوده است، آموزش‌های زیر نیز به شما پیشنهاد می‌شوند:

^^

بر اساس رای ۱۱۷ نفر
آیا این مطلب برای شما مفید بود؟
اگر بازخوردی درباره این مطلب دارید یا پرسشی دارید که بدون پاسخ مانده است، آن را از طریق بخش نظرات مطرح کنید.
منابع:
Circuitglobeمجله فرادرس
۵ دیدگاه برای «تفاوت میدان الکتریکی با میدان مغناطیسی — به زبان ساده»

سلام لطفا توضیحات شکل 1 را اصلاح بفرمایید

با سلام،
توضیحات شکل ۱ بازبینی و اصلاح شد،
با تشکر از همرااهی شما با مجله فرادرس

چرا در بررسی موضوع پراش میدان الکتریکی اهمیت کمتری دارد؟

سلام ، در پارامتر ۱۰ میدان الکتریکی توانایی انجام کار را دارد. به عبارت دیگر، سرعت و جهت ذره باردار را می‌تواند تغییر دهد….‌ چگونه میتواند سرعت وجهت ذره بار دار را تعغیر دهد ،اگه ممکن است بیشتر توضیح دهید ممنون

سلام وقت بخیر
آیا میدان الکتریکی به میدان مغناطیسی وابسته است؟
یعنی اگر میدان الکتریکی نباشد، میدان مغناطیسی هم نیست؟ و بالعکس؟
منظورم اینه که یک حالت دور وجود داره؟

نظر شما چیست؟

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *