نمونه سوالات الکترومغناطیس با پاسخنامه

نمونه سوالات الکترومغناطیس با جواب

فرمت پی دی اف

تایپ شده با کیفیت بالا

همراه پاسخ تشریحی

دانلود فایل

 

 

آنالیز برداری رشته برق رشته فیزیک دانشگاه شریف دانشگاه شریف دانشگاه

 

 

 

 

 

 

 

 

( ). ‌: ; ؛ ؛ ؛ ؛؛ ؛ ؛ ; ؛ ؛ ؛ ‌‌‌‌(: /)
: ; ؛ ؛ ؛ یک الکترون، تقریباً می تواند به عنوان یک آهنربای میله ای بسیار کوچک در نظر گرفته شود. آهنربای دائمی مجموعه ای از ذرات با گشتاورهای مغناطیسی تراز است. همچنین ببینید: آهنربا ; تک قطبی مغناطیسی ؛ مغناطیس ؛ مگنیتون _ تکانه

میدان الکترومغناطیسی
میدان الکترومغناطیسی یک میدان فیزیکی است که توسط ذرات باردار و ذرات دارای گشتاور مغناطیسی ایجاد می شود. خود میدان حامل بار الکتریکی یا گشتاور مغناطیسی نیست، اما حامل انرژی و تکانه است. میدان می تواند انرژی و تکانه خود را به ذرات باردار و ذرات دارای گشتاور مغناطیسی منتقل کند. این میدان همچنین گاهی اوقات می تواند ذرات را ایجاد یا از بین ببرد. میدان الکترومغناطیسی شامل دو جزء است: میدان الکتریکی و میدان مغناطیسی. هر دو جزء جدایی ناپذیر یک میدان واحد هستند. همچنین ببینید: انرژی

میدان الکترومغناطیسی می تواند به پنج شکل کلی باشد:

میدان های الکترواستاتیکی شامل یک میدان الکتریکی ساکن و یک میدان مغناطیسی ناچیز است. یک مثال میدانی است که یک بالون ثابت و دارای بار ثابت را احاطه کرده است.

میدان های مغناطیسی از یک میدان مغناطیسی ساکن و یک میدان الکتریکی ناچیز تشکیل شده است. یک مثال میدانی است که یک آهنربای ثابت را احاطه کرده است.

میدان‌های الکتروکوازیستاتیک از یک میدان الکتریکی به آرامی در حال تغییر و یک میدان مغناطیسی به آرامی در حال تغییر تشکیل شده‌اند که میدان الکتریکی غالب است. یک مثال میدان داخل یک مدار الکتریکی ساده است. همچنین ببینید: مدار (برق) ; مدار (الکترونیکی)

میدان های مغناطیسی کوازیستاتیک شامل یک میدان الکتریکی به آرامی در حال تغییر و یک میدان مغناطیسی به آرامی در حال تغییر است که میدان مغناطیسی غالب است. یک مثال میدان داخل یک ژنراتور الکترومکانیکی است.

امواج الکترومغناطیسی از میدان های الکتریکی و مغناطیسی با تغییر سریع تشکیل شده است که به صورت امواج حرکت می کنند. امواج الکترومغناطیسی هر زمان که یک جسم باردار الکتریکی یا آهنربا دانلود کتاب الکترومغناطیس میدان و موج چنگ فارسی می گیرد، منتشر می شود. این امواج را عموماً نور می نامند. همه فرکانس های نور از امواج الکترومغناطیسی تشکیل شده اند، از امواج رادیویی در انتهای فرکانس پایین (طول موج های بلند) انتهای طیف الکترومغناطیسی تا پرتوهای گاما در انتهای فرکانس بالا (طول موج های کوتاه)

شکل 2 طیف الکترومغناطیسی، مرتب شده بر اساس فرکانس (بر حسب هرتز) و طول موج (بر حسب متر). (اعتبار: Shutterstock/Fouad A. Saad)
طیف الکترومغناطیسی، مرتب شده بر اساس فرکانس (بر حسب هرتز، از توان 10 تا توان چهارم تا توان 10 تا توان بیستم) و طول موج (بر حسب متر، از 10 تا توان سه تا 10 تا توان دوازدهم منفی)
در برگه جدیدی باز کن
اشتراک گذاری
قوانین فیزیکی الکترومغناطیس
رفتار میدان الکترومغناطیسی
نحوه ایجاد و رفتار میدان های الکترومغناطیسی با چهار قانون که مجموعاً به عنوان معادلات ماکسول شناخته می شوند، خلاصه می شوند:

یک ذره باردار الکتریکی میدان الکتریکی ایجاد می کند. این اصل کار در پشت مدارهای الکتریکی ساده، خازن ها و شمع ها است. این اصل به قانون گاوس معروف است.

ذرات باردار مغناطیسی وجود ندارند و بنابراین انواع خاصی از میدان های مغناطیسی وجود ندارند. این اصل به عنوان قانون گاوس برای مغناطیس شناخته می شود.

یک میدان مغناطیسی در حال تغییر یک میدان الکتریکی ایجاد می کند. این قانون اصل عملکرد ژنراتورهای الکتریکی، میکروفون ها و ترانسفورماتورها است. این اصل به قانون استقرا فارادی معروف است.

بار الکتریکی متحرک یا چرخان میدان مغناطیسی ایجاد می کند. این اصل کار در پشت آهنرباهای الکتریکی و آهنرباهای دائمی است. این اصل به قانون آمپر معروف است. همچنین، یک میدان الکتریکی در حال تغییر، یک میدان مغناطیسی ایجاد می کند. هنگامی که هر دو اصل با هم ترکیب می شوند، به عنوان قانون آمپر-مکسول شناخته می شود.

به عنوان توصیف فیلدها، معادلات ماکسول کامل و خودسازگار هستند. علاوه بر این، معادلات ماکسول به طور ضمنی شامل قوانین فیزیکی دیگری از جمله پایستگی بار، بقای انرژی، بقای تکانه، بقای تکانه زاویه ای و معادله موج الکترومغناطیسی است. علاوه بر این، معادله موج الکترومغناطیسی به طور ضمنی حاوی قوانین اساسی اپتیک است. این قوانین اصول عملیاتی پشت دستگاه های نوری مانند لنزها، آینه ها و منشورها هستند. همچنین ببینید: قانون آمپر ; قوانین حفاظت (فیزیک) ؛ حفظ انرژی ؛ حفظ تکانه ؛ قانون استقرا فارادی ؛ لنز (اپتیک) ;معادلات ماکسول ؛ اپتیک آینه ای

نیروی الکترومغناطیسی
در حالی که معادلات ماکسول چگونگی تولید و رفتار میدان های الکترومغناطیسی را توصیف می کند، قانون نیروی لورنتس چگونگی تعامل میدان ها با ذرات باردار را توصیف می کند. این قانون بیان می کند که یک میدان الکتریکی یک نیروی رو به جلو یا عقب بر یک ذره باردار و یک میدان مغناطیسی نیروی جانبی بر یک ذره باردار متحرک وارد می کند. طبق معادلات ماکسول و قانون نیروی لورنتس، اجسام باردار، جریان های الکتریکی و آهنرباها از طریق میدان الکترومغناطیسی بر یکدیگر نیرو وارد می کنند. این اصل کار در پشت نمونه سوالات الکترومغناطیس با جواب شیمیایی، بلندگوها و موتورهای الکتریکی است. همچنین ببینید: پیوند شیمیایی ; قانون کولمب

خواص کوانتومی
بار الکتریکی، گشتاور مغناطیسی و میدان الکترومغناطیسی هر کدام به صورت مجموعه ای از بسته های کوانتومی گسسته، تقسیم ناپذیر هستند. کوانتوم میدان الکترومغناطیسی فوتون است. کوانتوم بار الکتریکی باری است که توسط یک ذره اساسی مانند الکترون یا پوزیترون نگه داشته می شود. کوانتوم گشتاور مغناطیسی ذاتی، لحظه ای است که توسط یک ذره باردار باردار با اسپین کوانتومی، مانند الکترون یا پوزیترون، حمل می شود. دقیق ترین توصیف الکترومغناطیس، نسخه کوانتومی تمام قوانین فیزیکی ذکر شده در بالا است که در مجموع به عنوان الکترودینامیک کوانتومی (QED) شناخته می شوند. QED قوانین کوانتومی الکترومغناطیس و نظریه نسبیت خاص را یکی می کند. همچنین ببینید: فوتون ; الکترودینامیک کوانتومی ;نظریه میدان کوانتومی ; مکانیک کوانتومی ؛ نسبیت ؛ اسپین (مکانیک کوانتومی)

اثرات مادی
به طور کلی، ذرات باردار می توانند در داخل مولکول ها آزاد یا محدود باشند. موادی که به شدت مانند مجموعه ای از ذرات باردار آزاد عمل می کنند به عنوان رسانا شناخته می شوند. هادی های مهم شامل فلزات، نیمه هادی های دوپ شده، آب و پلاسما هستند. موادی که به شدت مانند مجموعه ای از ذرات باردار متصل عمل می کنند به عنوان عایق یا دی الکتریک شناخته می شوند. عایق های مهم عبارتند از پلاستیک، شیشه، روغن و هوا. همچنین ببینید: هوا ; هادی (برق) ; شیشه ؛ پلاسما (فیزیک) ؛ پلیمر ؛ نیمه هادی

به طور مشابه، جریان های الکتریکی می توانند در داخل مولکول ها آزاد یا محدود باشند. همچنین، گشتاورهای مغناطیسی ذاتی را می توان به عنوان جریان های محدود مدل کرد، زیرا از اسپین کوانتومی ذرات باردار ناشی می شوند. موادی که به شدت مانند مجموعه‌ای از جریان‌های آزاد عمل می‌کنند، همانطور که قبلاً گفته شد به عنوان رسانا شناخته می‌شوند. موادی که به شدت مانند مجموعه‌ای از جریان‌های محدود عمل می‌کنند به عنوان مواد مغناطیسی (فرو) شناخته می‌شوند. بیشتر مواد مغناطیسی نیز رسانا هستند. مواد مغناطیسی مهم عبارتند از آهن، فولاد و نیکل. همچنین ببینید: فرومغناطیس ; آهن ؛ مولکول ؛ نیکل ؛ فولاد

 

 

دانلود رایگان تست نمونه سوالات الکترومغناطیس با جواب pdf

 

تاریخچه و کاربردها
به عنوان یک زمینه وسیع مطالعه، الکترومغناطیس توسط طیف وسیعی از مشارکت کنندگان توسعه یافته است. یونانیان باستان مطالعات پایه ای در مورد الکترواستاتیک و مغناطیس استاتیک را با استفاده از کهربا و سنگ های سنگی دنبال کردند. در قرن هجدهم و اوایل قرن نوزدهم، دانشمندانی مانند بنجامین فرانکلین ، چارلز آگوستین دو کولمب، ژان باپتیست بیو و فلیکس ساوارت ماهیت بار الکتریکی، جریان های الکتریکی، میدان های الکترواستاتیک و میدان های مغناطیسی استاتیک را تعیین کردند. از دهه 1820 تا 1850، مایکل فارادی قانون القاء، میدان الکترومغناطیسی و اصول دیگر را کشف کرد. او همچنین موتور الکتریکی و ژنراتور الکتریکی را اختراع کرد و بدین وسیله دری را برای کاربرد گسترده الکترومغناطیس باز کرد. همچنین ببینید:ژنراتور ؛ موتور

در سال 1861، جیمز کلرک ماکسول ( شکل 3 ) قوانین الکترومغناطیس را در یک مجموعه کامل سازماندهی کرد. با انجام این کار، او وجود امواج الکترومغناطیسی را به صورت نظری پیش بینی کرد. هاینریش هرتز در دهه 1880 آزمایش هایی با امواج رادیویی انجام داد که پیش بینی ماکسول را تایید کرد. یافته های هرتز منجر به اتحاد نظری الکترومغناطیس و نمونه سوالات الکترومغناطیس شد. نزدیک به پایان قرن نوزدهم، مهندسانی مانند توماس ادیسون و نیکولا تسلاجامعه را با سیل اختراعات الکترومغناطیسی متحول کرد. تیم های آنها نیروگاه های برق و شبکه های برق را در شهرهای بزرگ با سرعتی سرسام آور نصب کردند. در طلوع قرن بیستم، وسایل برقی و وسایل برقی شروع به نفوذ در تمام جنبه های جامعه مدرن کردند. همچنین ببینید: کامپیوتر ; تولید برق ؛ الکترونیک

پرتره جیمز کلرک ماکسول در مقیاس خاکستری، زاویه نمای جانبی
در برگه جدیدی باز کن
اشتراک گذاری
در طول قرن بیستم، دانشمندان مختلفی مانند آلبرت انیشتین ، ورنر هایزنبرگ و پل دیراکماهیت کوانتومی الکترومغناطیس را مشخص کرد. در حال حاضر، دقیق ترین نظریه الکترومغناطیس، الکترودینامیک کوانتومی (QED) است که بخشی جدایی ناپذیر از مدل استاندارد فیزیک ذرات است. در نیمه دوم قرن بیستم، درک دقیق ماهیت کوانتومی الکترومغناطیس منجر به تولید دستگاه های نیمه هادی و تولد عصر دیجیتال شد. مشکلات حل نشده در الکترومغناطیس شامل وجود بار مغناطیسی و اتحاد نظری الکترومغناطیس با برهمکنش قوی هسته ای و همچنین با گرانش است. الکترومغناطیس و نیروی هسته‌ای ضعیف در دهه 1970 در برهمکنش ضعیف الکترومغناطیس با یکدیگر متحد شدند. همچنین نگاه کنید به: تعامل Electroweak ; نظریه های وحدت بزرگ ; جاذبه زمین; الکترودینامیک کوانتومی

 

در سال 1600، ویلیام گیلبرت در De Magnete خود پیشنهاد کرد که الکتریسیته و مغناطیس، در حالی که هر دو قادر به ایجاد جاذبه و دافعه اجسام هستند، اثرات متمایزی هستند. [15] دریانوردان متوجه شده بودند که برخورد صاعقه توانایی ایجاد اختلال در سوزن قطب نما را دارد. ارتباط بین رعد و برق و الکتریسیته تایید نشد تا اینکه آزمایش‌های پیشنهادی بنجامین فرانکلین در سال 1752 در 10 مه 1752 توسط توماس فرانسوا دالیبار فرانسوی با استفاده از میله‌ای آهنی به ارتفاع 40 فوت (12 متر) به جای بادبادک انجام شد. با موفقیت جرقه های الکتریکی را از ابر استخراج کرد. [16] [17]

یکی از اولین کسانی که ارتباط بین جریان الکتریکی ساخته شده توسط انسان و مغناطیس را کشف و منتشر کرد، Gian Romagnosi بود، که در سال 1802 متوجه شد که اتصال یک سیم از طریق یک شمع ولتایی باعث انحراف سوزن قطب نما در اطراف می شود. با این حال، این اثر تا سال 1820، زمانی که Ørsted آزمایش مشابهی را انجام داد، به طور گسترده شناخته نشد. [18] کار اورستد آمپر را تحت تأثیر قرار داد تا نظریه ای از الکترومغناطیس تولید کند که موضوع را بر اساس یک پایه ریاضی قرار دهد. [19]

نظریه ای از الکترومغناطیس، که به عنوان الکترومغناطیس کلاسیک شناخته می شود ، توسط فیزیکدانان مختلف در طول دوره بین سال های 1820 و 1873 ایجاد شد، زمانی که با انتشار رساله ای توسط جیمز کلرک ماکسول به اوج خود رسید ، که تحولات قبلی را در یک نظریه واحد متحد کرد و ماهیت الکترومغناطیسی را کشف کرد. از نور [20] در الکترومغناطیس کلاسیک، رفتار میدان الکترومغناطیسی توسط مجموعه‌ای از معادلات به نام معادلات ماکسول توصیف می‌شود و نیروی الکترومغناطیسی توسط قانون نیروی لورنتس ارائه می‌شود . [21]

یکی از ویژگی های الکترومغناطیس کلاسیک این است که تطبیق آن با مکانیک کلاسیک دشوار است ، اما با نسبیت خاص سازگار است. طبق معادلات ماکسول، سرعت نور در خلاء یک ثابت جهانی است که تنها به گذردهی الکتریکی و نفوذپذیری مغناطیسی فضای آزاد بستگی دارد . این نادیده انگاشتن گالیله ، سنگ بنای دیرینه مکانیک کلاسیک است. یکی از راه‌های تطبیق این دو نظریه (الکترومغناطیس و مکانیک کلاسیک) این است که وجود یک اتر نورانی را فرض کنیم.که از طریق آن ()

 

 

؟ ؟

 

: -: