Tip:
Highlight text to annotate it
X
القليل من العناصر فقط يمكنها أن تكون مغناطيسا دائما الحديد هو أحدها. النحاس ليس كذلك. لكنك إذا مررت
تيارا كهربائيا في أي معدن فإنه يصبح مغناطيسا - مغاطيس كهربائي
لكن كيف يعمل؟ بغرابة , هذا نتيجة النسبية الخاصة.
النسبية الخاصة هي حقيقة أنه في هذا الكون الطول و الوقت كميات غير مطلقة
بل هي مُلاحظة بشكل مختلف لكل من مراقِبين يتحركان بالنسبة لبعضهما البعض , ( من هنا جاءت كلمة نسبية )
مثلا, إذا قِست بشكل دقيق كفاية, ستجد أن الوقت يمضي ببطء لمراقب
يتحرك بالنسبة لك
- يا ديريك, منذ متى حلقت آخر مرة ؟ - منذ 6 ساعات مضت
ديريك المتحرك : حقيقةً, كانت قبل خمس ساعات, 59 دقيقة و 59.99999999999 ثانية
كذلك الأجسام المتحركة تتقلص في اتجاه حركتها.
تبدو نحيفا! فقط في إطارك المرجعي " بالنسبة إلى المكان الذي تنظر منه و سرعتك"
إذا, عندما يتحرك جسم بانسبة إليك, فإنه يشغل حيزا أصغر
بخلاف عندما يكون ساكنا. و رغم أن هذا التأثير بالغ الصغر مقارنة بما عرضنا
إلا أن تقلص الطول هو الذي يجعل المغناطيس الكهربائي يعمل.
تخيلوا سلكا من النحاس - إنه يتكون من أيونات معدنية موجبة تسبح في بحر من الإلكترونات الحرة السالبة.
الآن, عدد البروتونات الموجبة يساوي عدد الإلكترونات السالبة, إذا شحنة السلك إجمالا
متعادلة. إذا جاءت شحنة موجبة .. أو... قطة موجبة الشحنة عن قرب,
فإنا لن تتأثر بأي قوة من السلك نهائيا.
و حتى إذا كان هناك تيار يمر بالسلك, فإن الإلكترونات سوف تتحرك باتجاه واحد
لكن كمية الشحنات الموجبة و السالبة ستبقى ثابتة
و شحنة السلك ستبقى متعادلة, إذا لا توجد قوى مؤثرة على القطة.
لكن ماذا لو بدأت القطة بالتحرك؟ لتبسيط الأمر تخيلوا أن القطة تتحرك
في نفس اتجاه الإلكترونات و بنفس سرعتها. الآن, بالنسبة إلى الإطار المرجعي الخاص بي ,
شحنة السلك لا تزال متعادلة و بالتالي لا يجب أن توجد قوة على القطة, لكن انظروا إلى
نفس الوضع بالنسبة للقطة.
في الإطار المرجعي للقطة , الشحنات الموجبة في السلك تتحرك, و بناء على
النسبية الخاصة , المسافة بين الشحنات سوف تتقلص قليلا. أيضا من هذا المنظور ,
الإلكترونات تبدو ساكنة و بالتالي ستكون متباعدة أكثر من ذي قبل.
- تذكروا, الأجسام تشغل حيزا أكبر عندما تكون ساكنة بخلاف عندما تكون متحركة .
هذان التغيران مجتمعان يعني أن هناك كثافة أعلى من الشحنات الموجبة في السلك, إذا
شحنة السلك لم تعد متعادلة - إنها موجبة الشحنة! مما يعني أن القطة الموجبة الشحنة
ستشعر بقوة كهربائية منفرة "طاردة" من السلك.
لكن من الإطار المرجعي الخاص بي هذا يبدو غامضا: لا توجد قوة مؤثرة على القطة المشحونة الساكنة,
لكن بطريقة ما, قطة متحركة تتنافر مع مع هذا السلك متعادل الشحنة.
كيف تحسب حساب هذه القوة ؟ حسنا, نحن نقول أنها القوة المغناطيسية, وهذا بشكل رئيسي سببه
أن أي سلك يمر فيه تيار يؤثر على أي مغناطيس قريب. إذا , ما تظهره هذه التجربة حقا
هو أن الحقل المغناطيسي هو مجرد حقل كهربائي منظور إليه من إطار مرجعي مختلف
في الإطار المرجعي للقطة, لقد تنافرت مع السلك بتأثير الحقل الكهربائي المتكون
بسبب زيادة الشحنات الموجبة التي أُنتجت نتيجة تقلص الطول.
أما في إطاري المرجعي, القطة نفرت من السلك المتعادل نتيجة الحقل المغناطيسي الناتج من
مرور التيار الكهربائي في السلك.
إذا, سواء رأيتها كحقل كهربائي أو مغناطيسي فهو يعتمد فقط على إطارك المرجعي,
و لكن في كلا الحالتين , النتائج متماثلة . إذا المغناطيس الكهربائي هو مثال
يومي على النسبية الخاصة في العمل.
الآن قد هذا يبدو غير معقول بما أن الإلكترونات تتدفق عبر السلك بمقدار .0000000001%
من سرعة الضوء - إذا كيف يمكن ان يكون للنسبية الخاصة أي علاقة بهذا الأمر? حسنا , الحقيقة هي
أن هناك عدد كاف من الإلكترونات في السلك , و التفاعل الكهربائي بين الإلكترونات قوي بشكل مدهش
لدرجة أن تقلصا طفيفا في الطول من الممكن أن ينتج كمية هائلة من عدم التوازن في الشحنة
منتجا قوة ملحوظة.
إذا النسبية الخاصة تفسر المغناطيس الكهربائي - لكن ماذا عن المغناطيس الدائم؟
أجل! أعني أنه لا يمكن وجود تيار كهربائي يدور داخل كتلة من الصخر , هل يمكن ؟
اضغط هنا للذهاب إلى MinutePhysics حيث سنقوم باستكشاف الماغنيتايت , البوصلة , و كل العجائب
حول المغناطيس الدائم.