دانلود تحقیق فیزیک الکترو مغناطیس

مبدا علم الکتریسیته به مشاهده معروف تالس ملطی در 600 سال قبل از میلاد بر می گردد.

در آن زمان تالس متوجه شد که یک تکه کهربای مالش داده شده خرده های کاه را می رباید.

از طرف دیگر مبدا علم مغناطیس به مشاهده این واقعیت بر می گردد که بعضی سنگها (مانند سنگهای ماگنتیت) به طور طبیعی آهن را جذب می کنند.

این دو علم تا سال 1199/1820به موازات هم تکامل می یابد.

در سال 1199/1820 هانس هانس کریستسان اورستدمشاهده کرد که جریان الکتریکی در یک سیستم می تواند عقربه قطب نمای مغباطیسی را تحت تاثیر قرار دهد.

بدین ترتیب الکترومغناطیس به عنوان یک علم مطرح شد.

این علم جدید توسط بسیاری از پژوهندگان که مهمترین آنها مایکل فاراده بود،تکامت بیشتری یافت.

جیمز کلرک ماکسول قوانین مغناطیس را به شکلی که اساسا امروزه می شناسیم ، در آورد .

این قوانین که معادلات ماکسولنامیده می شوندهمان نقشی را در الکترو مغناطیس دارند که قوانین حرکت و گرانش نیوتن در مکانیک دارا هستند.

اگر چه تلفیق الکتریسیته و مغناطیس توسط ماکسول بیشتر مبتنی بر کار پیشینیانش بود اما خود او نیز سهم عمده ای در آن داشت.

ماکسول چنین نتیجه گرفت که که ماهیت نور ، الکترو مغناطیسی استو سرعت آن را می توان با اندازه گیری های صرفا الکتریکی ومغناطیس تعیین کرد.

از این رو اپتیک با الکتریسیته و مغناطیس رابطه ی نزدیکی پیدا کرد میدان عمل معادلات ماکسول وسیع است ؛این میدان اصول اساسی وسایل الکترومغناطیسی و اپتیکی بزرگ مقیاس، از قبیل موتور ها ،رادیو، تلویزین،فرستنده ،رادار،میکروسکوپ ها و تلسکوپ ها را در بر می گیرد.

تکامل الکترو مغناطیس کلاسسیک به ماکسول ختم نشد.

فیزیک دان انگلیسی الیور هویسایدو بویژه فیزیک دان هاندی اچ.

آ.لورنتس، در پالایش نظریه ماکسولمشارکت اساسی داشتند.

هاینریش هرتز بیست سال و اندی پس از آنکه ماکسول نظریه خود را مطرح کرد ، گام موثری برداشت.

وی ((امواج ماکسولی)) الکترو مغناطیسی را ، از نوعی که امروزه امواج کوتاه رادیو می نامیم ، در آزمایشگاه تولید کرد.

مارکونی و دیگران کاربرد عملی امواج الکترومغناطیسی ماکسول و هرتز را مورد استفاده قرار ذاذند.

امروزه الکترومغناطیس از دو جهت مورد توجه است .

یکی در سطح کاربردهای مهندسی ،که در آن معادلات ماکسول عموما در حل تعداد زیادی از مسایل عملی مورد استفاده قرار می گیرندو دیگری در سطح مبانی نظری.

در این سطح چنان تلاش مداومی برای گسترش دامنه آن وجود دارد که الکترو مغناطیس حالت ویژه ای از یک نظریه عمومی تر جلوه می کند.

این نظریه عمومی تر نظریه های مثلا گرانش و فیزیک کوانتومی را در بر می گیرداما پرداخت این نظریه کلی هنوز به نتیجه ی نهایی نرسیده است.

الکتریسته به 600 سال قبل از میرسد در داستانهای میلتوس میخوانیم که یک بار در اثر مالش کاه را جذب میکند مغناطیس از موقعی شناخته شد که مشاهده گردید بعضی از سنگها مثل مگ نی تیت اهن را میربایند علم الکتریسیته ومغناطیس در ابتدا جدا گانه تو سعه پیدا کرده اند تا اینکه در سال 1820 هنس کریستا ل اور ستد 1777تا 1851 رابطه بین انها مشاهده کردند وبه این ترتیب که اگر جریانی از سیم بگذرد میتواند مغناطیس را تحت تا ثیر قرار دهد بعد از او علمای زیادی راجع به الکترو مغناطیس تحقیق یکی از مهشور ترین انها فارادی است ولی خدمات ماکسول1831-1879 بود که قوانین الکترو مغناطیس به صورتی در امد که امروز می شنا سیم که این قوانین به معدلات ماکسول شناخته شدند این قوانین به اندازه قوانین حرکت جاذبه نیوتون در مکانیک اهمیت دارند ماکسول نشان داد که نور یک موج الکترو مغناطیس است و سرعتش را تنها با انداره گیری های الکترو مغناطیس میتوان پیدا کرد بدین ترتیب علم نور با علم الکترو مغناطیس رابطه پیدا کرد .

معادلات ماکسول شامل: قسمتهای اساسی الکترو مغنا طیس ونور مثل سیکلو ترنها – ماشین های محاسبه – رادیو –رادار ...میباشد تئوری الکترو مغناطیس با معدلات ماکسول خاتمه پیدا نکرد فیزیسین انگلیسی هوی ساید1850-1925 و فیزیسین هلندی لرنس 1857-1926 معادلات ماکسول را تشریح کرده ند هرتس 185۷-1894 20سال بعد از ماکسول در لابراتوار امواج الکترو مغنا طیس را به طور تجربی به وجود اورد امواج هرتس را امواج کوتاه مینامیم .

الکترو مغناطیس در دو جهت تو سعه مییابد:از طرفی در صنعت واز طرف دیگر تئورسین ها کوشش میکنند که قوانین ماکسول را دیسکتئوریش عمومی تری بگنجانداین تئوری شامل قوانین ماکسول وقوانین جاذبه وقوانین کوانتومی خواهد بود (هادیها وعایقها) هر گاه میله فلزی رادر دو دست گرفته وبا پوست خود مالش دهیم این میله دارای بار الکتریکی نخواهد شد در صورتی که اگر یک میله شیشه را مالش داده ودست به ان بزنیم دارای بار الکتریکی خواهد شد .دلیلش این است که فلزات وبدن هادی الکتریسیته هستند در حالی که میله شیشه ای الکتریسیته را هدایت نمیکند وان را عایق الکتریسیته نامند در اجسام هادی بار های الکتریکی میتوانند حرکت کنند ولی در عایق ها نمیتوانند (حرکت بار الکتریکی منطق است ) در زمان فرانکلین عقیده بر این بود که جریان الکتریسیته جریان پیوسته است ولی تئوری اتمی ماده نشان داد که حتی اب هم پیوسته نیست بلکه از حرکت اتم ها تشکیل شده است.

حرکت اتم ها تشکیل شده است.

تجربه نشان میدهد که جریان الکتریسیته مجموعه ای از یک بار الکتریکی که حداقل بار اکتریسیته است میباسد این حداقل بار الکتریکیکه نام ان را (ای ) گذاسته ابم .هر بار الکتریکی (کیو) دیگری را میتوان بصورت (ان.ای)نوشت .(ان)یک عدد صحیح مپبت یا منفی است .وقتی یک خاصیت فیزیکی قبل حرکت بار بار الکتریکی دائمی نبوده و منطق باشد میگویند این خاصیت و یا کوانیتزه است.

کوانیتزه بودن پایه فیزیک مدرن است.

وجود اتم والکترون وپورتون نشان میدهد جرم هم کوانیتزه است که خواص زیادی کوانیتزه هستند به شرط اینکه انها را با مقیاس اتمی مشاهده کنیم .ممتنم زاویه ای وانرژی جزو این خواصند.تئوری کلاسیک المترو مغناطیس در باره منطق بودن حرکت بار الکتریکی بحثی نمیکند هم چنین قوانین نیوتون از وجود پرتون ها و الکترون ها در ماده حرفی نمیزند هر دو تئوری نا قصند چون خواص بار و ماده را با مقیاس اتمی شرح نمیدهند تئوری کلاسیک الکترو مغناطیس مثلا کاملا تشریح میکند که چه اتفاقی می افتد اگر یک میله مغناطیسی را وارد یک سیم پیچ میکنیم ولی شرح ولی شرح خواص مغناطیسی میله از روی اتم هایی که تشکیل میله را میدهند با تئوری کلاسیک الکترئ مغناطیس ممکن نیست برای اینطور مسائل و نظیر انها تئوری فیزیک کووانت ها لازم است انجمن فیزیکدانان جوان ایران شبکه فیزیک هوپا اخبار مقالات و نرم افزار های علمی www.hupaa.com کوانتوم کروموداینامیک QCD معرفى دستاوردهاى برندگان نوبل فیزیک 2004 برهم کنش ذرات رنگى اکتشافى که جایزه نوبل فیزیک امسال را از آن خود کرد اهمیتى اساسى در فهم ما از چگونگى کارکرد یکى از نیرو هاى بنیادین طبیعت داشته است.

نیرویى که کوچک ترین ذرات ماده یعنى کوارک ها را به یکدیگر مى چسباند.

دیوید گراس، دیوید پولیتزر و فرانک ویلچک توانستند با کار هاى تئوریک خود مدل استاندارد ذرات بنیادى را کامل کنند.

مدلى که کوچک ترین ذرات طبیعت و برهمکنش بین آنها را توضیح مى دهد.

تصاویر: دیوید گراس (David J.

Gross) از موسسه فیزیک نظرى دانشگاه کالیفرنیا در سانتابارباراى آمریکا.شهروند آمریکا، متولد سال 1941 در واشینگتن دى سى آمریکا (63 ساله) دانشنامه دکتراى خود در رشته فیزیک را در سال 1966 از دانشگاه کالیفرنیا در برکلى اخذ کرد.

استاد فیزیک نظرى موسسه کاولى در دانشگاه کالیفرنیاى آمریکاست.

دیوید پولیتزر ( David Politzer H.) از مرکز فیزیک انرژى زیاد در موسسه فناورى کالیفرنیا.

شهروند آمریکا، متولد سال 1949 (55 ساله) دانشنامه دکتراى خود در رشته فیزیک را در سال 1974 از دانشگاه هاروارد اخذ کرد.

استاد گروه فیزیک موسسه فناورى کالیفرنیا (کلتک) در پاسادناى کالیفرنیا است.

فرانک ویلچک (Frank A.

Wilczek) از مرکز فیزیک نظرى موسسه فناورى ماساچوست.

شهروند آمریکا، متولد 1951 (53 ساله) در کوئینز نیویورک آمریکا.

دانشنامه دکتراى خود را در رشته فیزیک در سال 1974 از دانشگاه پرینستون اخذ کرد.

استاد گروه فیزیک در MIT در ماساچوست آمریکاست.

نیروى برهمکنش قوى نیروى برهمکنش قوى که اغلب به آن برهمکنش رنگى نیز مى گویند یکى از چهار نیروى بنیادین طبیعت است.

این نیرو بین کوارک ها که ذرات بنیادى سازنده پروتون ها، نوترون ها و نوکلئون ها هستند عمل مى کند.

دیوید گراس، دیوید پولیتزر و فرانک ویلچک خاصیتى از نیروى برهمکنش قوى را کشف کردند که به کمک آن مى توان توضیح داد به چه علت رفتار کوارک ها تنها در انرژى هاى بسیار زیاد مانند رفتار ذرات آزاد است.

(در حالى که بقیه ذرات بنیادى در انرژى هاى معمول نیز چنین رفتارى را از خود بروز مى دهند.

به عبارت دیگر کوارک ها در انرژى هاى پایین همیشه در دل ذرات که از دو یا سه کوارک ساخته شده اند محبوس هستند.

آنها در انرژى هاى پایین همیشه به صورت ترکیب شده با کوارک هاى دیگر دیده مى شوند.

شکل 1 این تئورى از بسیارى جهات توسط آزمایش هاى مختلفى به خصوص در سال هاى اخیر در آزمایشگاه سرن (CERN) بررسى شده است.

این کشفیات توانسته اند پایه اى براى تئورى برهمکنش رنگ ها (کرومودینامیک کوانتومى (QCD پى ریزى نمایند.

مدل استاندارد و چهار نیروى بنیادى طبیعت اولین نیرویى که انسان ها با آن آشنا شدند نیروى گرانش است.

این نیرو باعث افتادن اجسام بر روى زمین و همچنین گردش سیارات به دور خورشید و حرکت ستاره ها در کهکشان است.

به نظر مى رسد که نیروى گرانش نیروى بسیار قوییاى است به عنوان مثال ارسال یک موشک به خارج از جو زمین احتیاج به صرف انرژى و سوخت بسیارى دارد.

با این حال در جهان ریز (میکرو سکوپیک) در مقایسه با نیروى بین ذراتى از قبیل الکترون و پروتون نیروى گرانش نیروى بسیار ضعیفى است [شکل (1)].

سه نیروى دیگر طبیعت که اثر آنها اغلب در حوزه جهان هاى ریز (میکروسکوپیک) دیده مى شود عبارتند از نیرو هاى برهمکنش.

الکترو مغناطیسى بر همکنش ضعیف و برهمکنش قوى.

چگونگى عملکرد این سه نیرو توسط نظریه مدل استاندارد توضیح داده مى شود.

این نظریه، نظریه اى بسیار قوى است براى اینکه مى تواند نظریه نسبیت خاص اینشتین و مکانیک کوانتومى را یکجا دربربگیرد.

(البته به خاطر مسائل و مشکلات تکنیکى هنوز نمى توان آن را نظریه اى کامل و سازگار دانست.) مدل استاندارد مى تواند توضیحى براى کوارک ها، لپتون ها و ذراتى که نیروها را حمل مى کنند ارائه کند.

کوارک ها به عنوان نمونه سازنده ذراتى مانند پروتون ها نوترون ها هستند.

الکترون ها که سازنده پوشش بیرونى اتم ها هستند در دسته لپتون ها قرار دارند.

تا جایى که مى دانیم الکترون ها خود از ساختار هاى ریزترى تشکیل نشده اند.

7برهمکنش الکترومغناطیسى سازنده نور و چسبندگى مواد برهمکنش الکترو مغناطیسى مى تواند توصیفى مشترک براى بسیارى از پدیده ها که در جهان ما را دربرگرفته اند ارائه دهد.

به عنوان نمونه اصطکاک، مغناطیس و علت اینکه چرا جسمى بر روى میز از درون میز عبور نمى کند، به کمک این نیرو قابل توضیح هستند.نیروى الکترومغناطیسى که در اتم هیدروژن، الکترون و پروتون را به هم پیوند مى دهد به اندازه غیرقابل تصور 1041 بار از نیروى گرانشى بین آ نها قوى تر است.

اندازه این دو نیرو متناسب با مربع فاصله کاهش مى یابد با این حال نیروى هاى بلند برد محسوب مى شوند.

هر دوى این نیرو ها یعنى الکترو مغناطیس و گرانش توسط ذرات حامل که به ترتیب فوتون (ذرات نور) و گراویتون هستند حمل مى شوند.

برخلاف فوتون ذره گراویتون هنوز به صورت آزمایشگاهى کشف نشده است.

دلیل بلندبرد بودن این دو نیرو را مى توان به کمک این واقعیت که ذرات حامل این نیرو ها بدون جرم هستند توضیح داد.فیزیکدانان توانسته اند به کمک تئورى الکترودینامیک کوانتومى QED توصیف مناسبى براى برهمکنش الکترو مغناطیسى ارائه نمایند.

این تئورى یکى از موفقیت آمیزترین تئورى هاى فیزیکى است که با دقت یک در ده میلیون با نتایج آزمایشگاهى توافق دارد.

توموناگا، جولیان شوینگر و ریچارد فاینمن جایزه نوبل فیزیک در سال 1965 را براى این نظریه از آن خود کردند.

یکى از دلایل موفقیت این نظریه وجود یک ثابت کوچک به اسم ثابت کوپلاژ با مقدار 137/1 در معادلات است.

وجود این ثابت کوچک تر از یک این امکان را فراهم مى سازد که براى محاسبه اثر نیروى الکترو مغناطیس از بسط سرى ها در معادلات استفاده شود.

این روش ریاضى که به آن روش حل اختلالى مى گویند توسط فاینمن بسط و گسترش یافت.

یکى از خواص مهم نظریه الکترو دینامیک کوانتومى (QED) این است که ثابت کوپلاژ در انرژى هاى مختلف مقادیر مختلفى دارد.

این مقدار با افزایش انرژى افزایش مى یابد.

به عنوان نمونه در شتاب دهنده CERN مقدار آن به جاى 137/1 ، 128/1 در انرژى حدود 100 بیلیون الکترون ولت اندازه گیرى شده است.

اگر نمودار اندازه ثابت کوپلاژ نسبت به انرژى رسم شود، آن گاه این منحنى داراى یک شیب آرام به سمت بالا خواهد بود که فیزیکدانان