تيار الإزاحة ومعادلات ماكسويل
يكمل تيار الإزاحة لماكسويل قانون أمبير ويجمع المعادلات الأربع التي تحكم الكهرومغناطيسية الكلاسيكية بأكملها.
Definition
تيار الإزاحة هو مصطلح يتناسب مع معدل تغير المجال الكهربائي الذي أضافه ماكسويل إلى قانون أمبير بحيث ينتج المجال الكهربائي المتغير مجالًا مغناطيسيًا؛ ويشكل هذا التيار، جنبًا إلى جنب مع قوانين غاوس وقانون فاراداي، معادلات ماكسويل الأربع، وهي الوصف الكلاسيكي الكامل للمجال الكهرومغناطيسي.
Scope
يقدم هذا الموضوع تيار الإزاحة الذي أضافه ماكسويل إلى قانون أمبير، ومعادلات ماكسويل الأربع الناتجة في صورتيها التفاضلية والتكاملية، واتساقها مع حفظ الشحنة من خلال معادلة الاستمرارية، والتنبؤ الفوري بالموجات الكهرومغناطيسية. ويتناول المعادلات في الفراغ وفي الأوساط عبر الحقول المساعدة.
Core questions
- لماذا كان تيار الإزاحة ضروريًا للاتساق؟
- كيف تجمع المعادلات الأربع بين الكهروستاتيكا والمغناطيسية الساكنة والحث؟
- كيف تستلزم المعادلات وجود الموجات الكهرومغناطيسية؟
Key concepts
- تيار الإزاحة
- قانون أمبير-ماكسويل
- قانون غاوس
- قانون فاراداي
- معادلة الاستمرارية
- حفظ الشحنة
- التنبؤ بالموجات
Key theories
- تيار الإزاحة
- إضافة حد يتناسب مع معدل تغير المجال الكهربائي إلى قانون أمبير يجعله متسقًا مع حفظ الشحنة ويسمح للمجال الكهربائي المتغير بالعمل كمصدر للمجال المغناطيسي.
- معادلات ماكسويل الأربع
- تحدد قوانين غاوس للكهرباء والمغناطيسية، وقانون فاراداي للحث، وقانون أمبير-ماكسويل معًا المجال الكهرومغناطيسي بالكامل بالنظر إلى الشحنات والتيارات والشروط الحدودية.
Clinical relevance
تُعد المعادلات المكتملة أساس تقنيات الراديو والموجات الدقيقة والبصريات، وسلوك المكثفات عند الترددات العالية، وكل برنامج حل كهرومغناطيسي رقمي يُستخدم في الهندسة وتصميم الأجهزة الطبية.
History
قدم ماكسويل تيار الإزاحة في أوراقه البحثية بين عامي 1861 و1865، مدركًا أن المعادلات المجمعة تتنبأ بموجات تتحرك بسرعة الضوء. أعاد هيڤيسايد (Heaviside) صياغة المعادلات في الشكل المتجه المدمج المستخدم اليوم، وقام هرتز (Hertz) بتوليد واكتشاف الموجات المتنبأ بها تجريبيًا في عام 1887.
Key figures
- James Clerk Maxwell
- Oliver Heaviside
- Heinrich Hertz
Related topics
Seminal works
- maxwell1865
- maxwell1873
- jackson1998
Frequently asked questions
- ما المشكلة التي حلها تيار الإزاحة؟
- بدونه، أعطى قانون أمبير تيارات محصورة مختلفة لأسطح مختلفة يحدها نفس الحلقة، مما يتناقض مع حفظ الشحنة؛ يصحح تيار الإزاحة هذا ويجعل المعادلات متسقة ذاتيًا.
- كيف تتنبأ معادلات ماكسويل بالضوء؟
- يُظهر دمج معادلات الالتفاف (curl equations) أن الحقول تحقق معادلة موجية بسرعة تحددها الثوابت الكهربائية والمغناطيسية، وهي سرعة تساوي سرعة الضوء، مما يحدد الضوء كموجة كهرومغناطيسية.