PhysRevLett.121.261301.pdf
365.6 KB
(برای اعضایی که کیهانشناسی را در دانشگاه به صورت آکادمیک و تخصصی دنبال میکنند)
یک مدل جدید از کیهان که در آن فضاهای آنتی دسیتر منجر به پیدایش فضای دسیتر شدهاند و به وسیله غشاهای پنج بعدی، ضعیف بودن نیروی گرانش را توضیح میدهد.
@Cosmos_language
یک مدل جدید از کیهان که در آن فضاهای آنتی دسیتر منجر به پیدایش فضای دسیتر شدهاند و به وسیله غشاهای پنج بعدی، ضعیف بودن نیروی گرانش را توضیح میدهد.
@Cosmos_language
فیزیک کلاسیک؟
احتمالاً شنیدید که قوانین فیزیک نیوتنی یا همان فیزیک کلاسیک، در %99 مواقع کفایت میکند و تنها برای آن %1 باقی مانده است که نیاز به نسبیت و کوانتوم داریم. این درست است که فیزیک کلاسیک در %99 مواقع موفق است، اما این بدان معنا نیست که آن %99 هیچ ربطی به نسبیت و کوانتوم ندارند و تنها با فیزیک کلاسیک باید توصیف شوند؛ بلکه یعنی فیزیک کلاسیک با تقریب خوبی جواب درست میدهد و این تقریب آنقدر خوب است که در %99 مواقع دقت مطلوب ما را داراست. اما اگر کافی بودن دقت و پیچیدگی ریاضی را کنار بگذاریم و بخواهیم تنها توصیفی را که به حقیقت نزدیکتر است در نظر بگیریم، آنگاه پدیدههایی که با فیزیک کلاسیک توصیف میکنیم هم توجیه واقعیشان به نسبیت و کوانتوم بازمیگردد. در این پست به یک نمونه از این پدیدهها میپردازیم.
اگر در هر فلزی جریان الکتریکی برقرار کنید، تبدیل به یک آهنربای الکتریکی میشود. این یکی از قوانین فیزیک کلاسیک است که هر سیم حامل جریانی، دارای میدان مغناطیسی در اطراف خود خواهد بود و آهنرباهای الکتریکی با استفاده از همین خاصیت ساخته میشوند. اما در این مورد نسبیت خاص هم نقشی دارد!
نسبیت خاص بیانگر این حقیقت است که در جهان ما، طول و زمان مطلق نیستند و توسط ناظرینی که نسبت به هم در حال حرکت هستند، متفاوت درک میشوند. یعنی اگر با دقت زیاد اندازهگیری کنید، متوجه میشوید زمان برای ناظری که نسبت به شما در حال حرکت است، کندتر میگذرد و همینطور طول اجسام در حال حرکت، در راستای حرکتشان منقبض میشود. البته این انقباض طول بسیار جزئی است اما با این وجود باعث کار کردن آهنرباهای مغناطیسی میشود.
یک سیم مسی را در نظر بگیرید که جریانی از آن عبور نمیکند؛ در این حالت به ازای هر پروتون، یک الکترون وجود دارد و سیم به طور کلی خنثی است (تصویر شماره 1). بنابراین اگر یک بار آزمون (بار آزمون ذرهای با بار الکتریکی 1+ است) در کنار سیم قرار دهیم، نیرویی به آن وارد نمیشود (تصویر شماره 2). حالا اگر جریانی در سیم برقرار کنیم، الکترونهای آزاد شروع به حرکت در طول سیم میکنند (تصویر شماره 3) و هر بار متحرکی، میدان مغناطیسی ایجاد میکند. اما میدان مغناطیسی ایجاد شده در اطراف سیم، نمیتواند نیرویی به بار آزمون نیرو وارد کند، زیرا بار آزمون در حال حرکت نیست و در نتیجه میدان مغناطیسیای به دور خود ندارد که با میدان مغناطیسی حاصل از حرکت الکترونها در سیم برهمکنش کند.
اما بیایید بار آزمون را هم در امتداد سیم همراه با الکترونها حرکت دهیم. در این حالت الکترونها در سیم حال حرکت هستند و میدان مغناطیسی اطراف سیم ایجاد میکنند؛ بار آزمون هم کنار سیم در حال حرکت در امتداد سیم بوده و جهت و سرعت حرکتش هم مانند الکترونهای درون سیم است. در نتیجه بار آزمون در حال حرکت، میدان مغناطیسی خودش را به دور خود ایجاد میکند و این دو میدان با هم برهمکنش کرده و نیرویی به بار آزمون وارد میشود (تصویر شماره 4).
حالا چارچوب خود را به عنوان عوض میکنیم و خودمان هم همراه با بار آزمون و الکترونها در امتداد سیم حرکت میکنیم. در این چارچوب الکترونها و بار آزمون ساکن هستند، در عوض هستهی اتمهای سیم مسی در حال حرکت هستند (تصویر شماره 5). در این چارچوب، هستههای مثبت در سیم حرکت میکنند و حرکتشان مانند حرکت هر ذره باردار دیگری، میدان مغناطیسی ایجاد میکند، اما این میدان مغناطیسی نمیتواند به بار آزمون نیروی مغناطیسی وارد کند زیرا بار آزمون در حال حرکت نیست. در نتیجه نیروی مغناطیسیای که پیشتر به بار آزمون وارد میشد، با تغییر چارچوب دیگر وجود ندارد. این یعنی نیروی مغناطیسی یک نیروی واقعی نیست، بلکه یک نیروی خیالی است زیرا در همه چارچوبها وجود ندارد.
@Cosmos_language
https://telegram.me/Cosmos_language
احتمالاً شنیدید که قوانین فیزیک نیوتنی یا همان فیزیک کلاسیک، در %99 مواقع کفایت میکند و تنها برای آن %1 باقی مانده است که نیاز به نسبیت و کوانتوم داریم. این درست است که فیزیک کلاسیک در %99 مواقع موفق است، اما این بدان معنا نیست که آن %99 هیچ ربطی به نسبیت و کوانتوم ندارند و تنها با فیزیک کلاسیک باید توصیف شوند؛ بلکه یعنی فیزیک کلاسیک با تقریب خوبی جواب درست میدهد و این تقریب آنقدر خوب است که در %99 مواقع دقت مطلوب ما را داراست. اما اگر کافی بودن دقت و پیچیدگی ریاضی را کنار بگذاریم و بخواهیم تنها توصیفی را که به حقیقت نزدیکتر است در نظر بگیریم، آنگاه پدیدههایی که با فیزیک کلاسیک توصیف میکنیم هم توجیه واقعیشان به نسبیت و کوانتوم بازمیگردد. در این پست به یک نمونه از این پدیدهها میپردازیم.
اگر در هر فلزی جریان الکتریکی برقرار کنید، تبدیل به یک آهنربای الکتریکی میشود. این یکی از قوانین فیزیک کلاسیک است که هر سیم حامل جریانی، دارای میدان مغناطیسی در اطراف خود خواهد بود و آهنرباهای الکتریکی با استفاده از همین خاصیت ساخته میشوند. اما در این مورد نسبیت خاص هم نقشی دارد!
نسبیت خاص بیانگر این حقیقت است که در جهان ما، طول و زمان مطلق نیستند و توسط ناظرینی که نسبت به هم در حال حرکت هستند، متفاوت درک میشوند. یعنی اگر با دقت زیاد اندازهگیری کنید، متوجه میشوید زمان برای ناظری که نسبت به شما در حال حرکت است، کندتر میگذرد و همینطور طول اجسام در حال حرکت، در راستای حرکتشان منقبض میشود. البته این انقباض طول بسیار جزئی است اما با این وجود باعث کار کردن آهنرباهای مغناطیسی میشود.
یک سیم مسی را در نظر بگیرید که جریانی از آن عبور نمیکند؛ در این حالت به ازای هر پروتون، یک الکترون وجود دارد و سیم به طور کلی خنثی است (تصویر شماره 1). بنابراین اگر یک بار آزمون (بار آزمون ذرهای با بار الکتریکی 1+ است) در کنار سیم قرار دهیم، نیرویی به آن وارد نمیشود (تصویر شماره 2). حالا اگر جریانی در سیم برقرار کنیم، الکترونهای آزاد شروع به حرکت در طول سیم میکنند (تصویر شماره 3) و هر بار متحرکی، میدان مغناطیسی ایجاد میکند. اما میدان مغناطیسی ایجاد شده در اطراف سیم، نمیتواند نیرویی به بار آزمون نیرو وارد کند، زیرا بار آزمون در حال حرکت نیست و در نتیجه میدان مغناطیسیای به دور خود ندارد که با میدان مغناطیسی حاصل از حرکت الکترونها در سیم برهمکنش کند.
اما بیایید بار آزمون را هم در امتداد سیم همراه با الکترونها حرکت دهیم. در این حالت الکترونها در سیم حال حرکت هستند و میدان مغناطیسی اطراف سیم ایجاد میکنند؛ بار آزمون هم کنار سیم در حال حرکت در امتداد سیم بوده و جهت و سرعت حرکتش هم مانند الکترونهای درون سیم است. در نتیجه بار آزمون در حال حرکت، میدان مغناطیسی خودش را به دور خود ایجاد میکند و این دو میدان با هم برهمکنش کرده و نیرویی به بار آزمون وارد میشود (تصویر شماره 4).
حالا چارچوب خود را به عنوان عوض میکنیم و خودمان هم همراه با بار آزمون و الکترونها در امتداد سیم حرکت میکنیم. در این چارچوب الکترونها و بار آزمون ساکن هستند، در عوض هستهی اتمهای سیم مسی در حال حرکت هستند (تصویر شماره 5). در این چارچوب، هستههای مثبت در سیم حرکت میکنند و حرکتشان مانند حرکت هر ذره باردار دیگری، میدان مغناطیسی ایجاد میکند، اما این میدان مغناطیسی نمیتواند به بار آزمون نیروی مغناطیسی وارد کند زیرا بار آزمون در حال حرکت نیست. در نتیجه نیروی مغناطیسیای که پیشتر به بار آزمون وارد میشد، با تغییر چارچوب دیگر وجود ندارد. این یعنی نیروی مغناطیسی یک نیروی واقعی نیست، بلکه یک نیروی خیالی است زیرا در همه چارچوبها وجود ندارد.
@Cosmos_language
https://telegram.me/Cosmos_language
This media is not supported in your browser
VIEW IN TELEGRAM
تصویر شماره 4
یک بار آزمون در امتداد سیم حامل جریان با سرعت الکترونهای درون سیم، در همان جهت حرکت میکند و نیروی مغناطیسی آن را از سیم دور میکند.
@Cosmos_language
یک بار آزمون در امتداد سیم حامل جریان با سرعت الکترونهای درون سیم، در همان جهت حرکت میکند و نیروی مغناطیسی آن را از سیم دور میکند.
@Cosmos_language
This media is not supported in your browser
VIEW IN TELEGRAM
تصویر شماره 5
در این چارچوب، هستههای مثبت در سیم به سمت چپ حرکت میکنند و حرکتشان مانند حرکت هر ذره باردار دیگری، میدان مغناطیسی ایجاد میکند، اما این میدان مغناطیسی نمیتواند به بار آزمون نیروی مغناطیسی وارد کند زیرا بار آزمون در حال حرکت نیست.
@Cosmos_language
در این چارچوب، هستههای مثبت در سیم به سمت چپ حرکت میکنند و حرکتشان مانند حرکت هر ذره باردار دیگری، میدان مغناطیسی ایجاد میکند، اما این میدان مغناطیسی نمیتواند به بار آزمون نیروی مغناطیسی وارد کند زیرا بار آزمون در حال حرکت نیست.
@Cosmos_language
اما بار آزمون هنوز هم از سیم دور میشود! اگر نیروی مغناطیسی در این چارچوب به بار آزمون وارد نمیشود، پس دور شدن بار آزمون از سیم چطور قابل توضیح است؟
در این چارچوب نیروی الکتریکی بار آزمون را از سیم دور میکند. اما بدون در نظر گرفتن نسبیت خاص نمیتوان به این جواب رسید. هستههای مثبتی که در سیم در حال حرکت هستند، تعدادشان برابر با الکترونهای آزاد است و این یعنی حتی اگر حرکت کنند باز هم چگالی بار الکتریکی در هر نقطه از سیم ثابت است و سیم به طور کلی خنثی میباشد پس نباید نیروی الکتریکیای به بار آزمون وارد شود. اما طبق نسبیت خاص، چیزهای در حال حرکت دچار انقباض طول میشوند و این یعنی فاصله بین هستههای مثبت، کمتر از زمانی است که ساکن بودند و حرکت نمیکردند. در حالی که فاصله میان الکترونها کم نمیشود زیرا در این چارچوب ساکن هستند و حرکت نمیکنند. در نتیجه سیم به مقدار اندکی بار الکتریکی مثبت دارد و از آنجا که بار آزمون هم مثبت است، از سیم دور میشود.
در واقع نیروی الکتریکی هم وجود ندارد زیرا در تمامی چارچوبها نیست. نیروی الکتریکی و نیروی مغناطیسی هر دو نیروهایی خیالی هستند. نیروی واقعی، نیروی الکترومغناطیسی میباشد. مهم نیست از چه چارچوبی به سیم و بار آزمون در کنارش نگاه کنیم، در هر صورت یا نیروی الکتریکی به بار آزمون نیرو وارد میکند، یا نیروی مغناطیسی و یا ترکیبی از هر دو. این یعنی نیروی الکتریکی و نیروی مغناطیسی دو روی یک سکه هستند و نیروی الکترومغناطیسی یک نیروی واقعی و واحد است. اما از آنجا که توصیف نیروی الکترومغناطیسی نیازمند معادلات تانسوری است، تظاهر میکنیم که نیروی الکتریکی و نیروی مغناطیسی دو نیروی جداگانه هستند تا ریاضیات آنها سادهتر شود.
ادامه دارد...
@Cosmos_language
https://telegram.me/Cosmos_language
در این چارچوب نیروی الکتریکی بار آزمون را از سیم دور میکند. اما بدون در نظر گرفتن نسبیت خاص نمیتوان به این جواب رسید. هستههای مثبتی که در سیم در حال حرکت هستند، تعدادشان برابر با الکترونهای آزاد است و این یعنی حتی اگر حرکت کنند باز هم چگالی بار الکتریکی در هر نقطه از سیم ثابت است و سیم به طور کلی خنثی میباشد پس نباید نیروی الکتریکیای به بار آزمون وارد شود. اما طبق نسبیت خاص، چیزهای در حال حرکت دچار انقباض طول میشوند و این یعنی فاصله بین هستههای مثبت، کمتر از زمانی است که ساکن بودند و حرکت نمیکردند. در حالی که فاصله میان الکترونها کم نمیشود زیرا در این چارچوب ساکن هستند و حرکت نمیکنند. در نتیجه سیم به مقدار اندکی بار الکتریکی مثبت دارد و از آنجا که بار آزمون هم مثبت است، از سیم دور میشود.
در واقع نیروی الکتریکی هم وجود ندارد زیرا در تمامی چارچوبها نیست. نیروی الکتریکی و نیروی مغناطیسی هر دو نیروهایی خیالی هستند. نیروی واقعی، نیروی الکترومغناطیسی میباشد. مهم نیست از چه چارچوبی به سیم و بار آزمون در کنارش نگاه کنیم، در هر صورت یا نیروی الکتریکی به بار آزمون نیرو وارد میکند، یا نیروی مغناطیسی و یا ترکیبی از هر دو. این یعنی نیروی الکتریکی و نیروی مغناطیسی دو روی یک سکه هستند و نیروی الکترومغناطیسی یک نیروی واقعی و واحد است. اما از آنجا که توصیف نیروی الکترومغناطیسی نیازمند معادلات تانسوری است، تظاهر میکنیم که نیروی الکتریکی و نیروی مغناطیسی دو نیروی جداگانه هستند تا ریاضیات آنها سادهتر شود.
ادامه دارد...
@Cosmos_language
https://telegram.me/Cosmos_language
IMG_9857.JPG
1 MB
تفسیر ایدهآل خود از مکانیک کوانتومی را بیابید!
فیزیک کلاسیک؟
در قسمت قبل گفتیم که حتی پدیدههایی که با فیزیک کلاسیک توصیف میشوند نیز به فیزیک مدرن مربوط هستند و مثالی از الکترومغناطیس زدیم که در آن یک ناظر دور شدن بار آزمون از سیم حامل جریان را معلول نیروی مغناطیسی میدانست و ناظر دیگر آن را به نیروی الکتریکی نسبت میداد. با وجود اینکه الکترومغناطیس و مدارهای الکتریکی در حیطه فیزیک کلاسیک هستند، اینها از نتایج نسبیت خاص و انقباض طول بود.
در این قسمت به نحوه انتقال انرژی در مدارهای الکتریکی پرداخته شده.
احتمالاً میدانید که جریان الکتریکی چیزی جز حرکت الکترونها در مدار الکتریکی (سیم) نیست. و از آنجا که وسایلتان مانند لامپهای خانه با برق کار میکنند و انرژی مصرفی خود را اینگونه تأمین میکنند، ممکن است این تصور برایتان ایجاد شود که الکترونهای در حال حرکت در مدار، انرژی را با خود حمل میکنند و انرژی مورد نیاز لامپ منزلتان را به آن میرسانند.
اما اگر انرژی توسط الکترونها حمل میشود، پس جریان AC چگونه انرژی انتقال میدهد؟
جریانهای الکتریکی به دو نوع AC و DC تقسیم میشوند. در جریان DC (مستقیم)، جهت جریان همواره به یک سمت است و این یعنی الکترونها همواره در یک جهت حرکت میکنند. اما در جریان AC (متناوب)، جهت جریان دائماً عوض میشود و این یعنی الکترونها به جای حرکت متداوم به یک سمت، مدام در مدار عقب و جلو میروند (تصویر شماره 1).
برای سادهتر شدن موضوع، ابتدا به انتقال انرژی در DC میپردازیم و سپس به سراغ AC میرویم. قبل از هر چیز باید دو مفهوم “جریان الکتریکی” و “جریان انرژی” را تعریف کنیم.
جریان الکتریکی: شارش بارهای مثبت.
بله، بار مثبت (به لطف بنجامین فرانکلین)! در سال 1748 فرانکلین دو چیز در مورد الکتریسیته گفت.
1- کهربا پس از مالش داده شدن، “بار منفی” خواهد داشت.
2- جریان الکتریکی، شارش “بار مثبت” است.
سپس حدود یک و نیم قرن بعد، در سال 1897، جوزف تامسون الکترون را کشف کرد و ما متوجه شدیم که مشکلی داریم. میتوانستیم یکی از دو موردی که توسط فرانکلین بیان شده بود را تصحیح کنیم، اما نکردیم و در عوض مشکل را دو برابر کردیم!
نام گذاری بارها را همانطور که فرانکلین گفته بود (یعنی “منفی” برای الکترون) نگه داشتیم و با وجود اینکه میدانیم این الکترونها با بار منفی هستند که در مدار شارش میکنند، تظاهر میکنیم که بار مثبت در حال شارش در جهت خلاف حرکت الکترونها است.
چارهای نیست، جریان الکتریکی شارش بارهای مثبت است و آن را با یکای “آمپر A” اندازهگیری میکنیم:
I=Δq/Δt
I: شدت جریان الکتریکی
Δq: مقدار بار مثبت عبور کرده از یک نقطه مدار
Δt: مدت زمان
از سوی دیگر، جریان انرژی با استفاده از “توان” قابل توصیف است. توان نشان دهنده این است که انرژی چقدر سریع مصرف میشود و یکای آن “وات W” است:
P=Δu/Δt
P: توان
Δu: مقدار انرژی مصرف شده
Δt: مدت زمان
از آنجا که جریان الکتریکی و ولتاژ، به ترتیب “بار بر زمان” و “انرژی بر بار” هستند، پس توان در واقع حاصل ضرب شدت جریان الکتریکی در ولتاژ است:
I=Δq/Δt
V=u/q
⇒ IV=Δu/Δt=P ⇒P=IV
اما سؤال اصلی ما درباره جهت بود، نه مقدار. معادله P=IV هیچ اطلاعاتی در مورد جهت به ما نمیدهد.
آیا انرژی توسط الکترونها در طول مدار حمل نمیشود؟ و جهت جریان با جهت توان یکی نیست؟
سؤال اول “بله” و سؤال دوم “خیر”. الکترونها انرژی دارند، زیرا همه چیز انرژی دارد. اما این انرژی، انرژیای نیست که لامپ منزل شما از آن تغذیه میکند.
@Cosmos_language
https://telegram.me/Cosmos_language
در قسمت قبل گفتیم که حتی پدیدههایی که با فیزیک کلاسیک توصیف میشوند نیز به فیزیک مدرن مربوط هستند و مثالی از الکترومغناطیس زدیم که در آن یک ناظر دور شدن بار آزمون از سیم حامل جریان را معلول نیروی مغناطیسی میدانست و ناظر دیگر آن را به نیروی الکتریکی نسبت میداد. با وجود اینکه الکترومغناطیس و مدارهای الکتریکی در حیطه فیزیک کلاسیک هستند، اینها از نتایج نسبیت خاص و انقباض طول بود.
در این قسمت به نحوه انتقال انرژی در مدارهای الکتریکی پرداخته شده.
احتمالاً میدانید که جریان الکتریکی چیزی جز حرکت الکترونها در مدار الکتریکی (سیم) نیست. و از آنجا که وسایلتان مانند لامپهای خانه با برق کار میکنند و انرژی مصرفی خود را اینگونه تأمین میکنند، ممکن است این تصور برایتان ایجاد شود که الکترونهای در حال حرکت در مدار، انرژی را با خود حمل میکنند و انرژی مورد نیاز لامپ منزلتان را به آن میرسانند.
اما اگر انرژی توسط الکترونها حمل میشود، پس جریان AC چگونه انرژی انتقال میدهد؟
جریانهای الکتریکی به دو نوع AC و DC تقسیم میشوند. در جریان DC (مستقیم)، جهت جریان همواره به یک سمت است و این یعنی الکترونها همواره در یک جهت حرکت میکنند. اما در جریان AC (متناوب)، جهت جریان دائماً عوض میشود و این یعنی الکترونها به جای حرکت متداوم به یک سمت، مدام در مدار عقب و جلو میروند (تصویر شماره 1).
برای سادهتر شدن موضوع، ابتدا به انتقال انرژی در DC میپردازیم و سپس به سراغ AC میرویم. قبل از هر چیز باید دو مفهوم “جریان الکتریکی” و “جریان انرژی” را تعریف کنیم.
جریان الکتریکی: شارش بارهای مثبت.
بله، بار مثبت (به لطف بنجامین فرانکلین)! در سال 1748 فرانکلین دو چیز در مورد الکتریسیته گفت.
1- کهربا پس از مالش داده شدن، “بار منفی” خواهد داشت.
2- جریان الکتریکی، شارش “بار مثبت” است.
سپس حدود یک و نیم قرن بعد، در سال 1897، جوزف تامسون الکترون را کشف کرد و ما متوجه شدیم که مشکلی داریم. میتوانستیم یکی از دو موردی که توسط فرانکلین بیان شده بود را تصحیح کنیم، اما نکردیم و در عوض مشکل را دو برابر کردیم!
نام گذاری بارها را همانطور که فرانکلین گفته بود (یعنی “منفی” برای الکترون) نگه داشتیم و با وجود اینکه میدانیم این الکترونها با بار منفی هستند که در مدار شارش میکنند، تظاهر میکنیم که بار مثبت در حال شارش در جهت خلاف حرکت الکترونها است.
چارهای نیست، جریان الکتریکی شارش بارهای مثبت است و آن را با یکای “آمپر A” اندازهگیری میکنیم:
I=Δq/Δt
I: شدت جریان الکتریکی
Δq: مقدار بار مثبت عبور کرده از یک نقطه مدار
Δt: مدت زمان
از سوی دیگر، جریان انرژی با استفاده از “توان” قابل توصیف است. توان نشان دهنده این است که انرژی چقدر سریع مصرف میشود و یکای آن “وات W” است:
P=Δu/Δt
P: توان
Δu: مقدار انرژی مصرف شده
Δt: مدت زمان
از آنجا که جریان الکتریکی و ولتاژ، به ترتیب “بار بر زمان” و “انرژی بر بار” هستند، پس توان در واقع حاصل ضرب شدت جریان الکتریکی در ولتاژ است:
I=Δq/Δt
V=u/q
⇒ IV=Δu/Δt=P ⇒P=IV
اما سؤال اصلی ما درباره جهت بود، نه مقدار. معادله P=IV هیچ اطلاعاتی در مورد جهت به ما نمیدهد.
آیا انرژی توسط الکترونها در طول مدار حمل نمیشود؟ و جهت جریان با جهت توان یکی نیست؟
سؤال اول “بله” و سؤال دوم “خیر”. الکترونها انرژی دارند، زیرا همه چیز انرژی دارد. اما این انرژی، انرژیای نیست که لامپ منزل شما از آن تغذیه میکند.
@Cosmos_language
https://telegram.me/Cosmos_language
فرض کنید این لامپ را با استفاده از یک باتری ساده روشن کردهایم. قطب مثبت این باتری، انرژی بیشتر نسبت به قطب منفی آن دارد؛ بنابراین اگر دو سر باتری را با یک سیم به هم وصل کنیم و بدین گونه مسیری برای بارها فراهم کنیم، آنها از این مسیر برای حرکت از جای پر انرژیتر (سر مثبت باتری) به جای کم انرژیتر (سر منفی) استفاده میکنند. این همان جریان الکتریکی است.
میدانیم که انرژی باتری با گذشت زمان در حالی که لامپ نور و گرما از خود ساطع میکند، کاهش پیدا میکند. بنابراین انرژی به گونهای از باتری به لامپ منتقل شده است. و این “جریان انرژی” با چیزی به نام “Poynting Vector” توصیف میشود و این یک اشتباه املایی نیست! واژه “Poyntig” از فعل ”Pointing” (به معنای “اشاره کردن”) نمیآید؛ بلکه به افتخار فیزیکدان انگلیسی، “John Henry Poynting” اینگونه نام گذاری شده است. اما کار این بردار (بردار پوینتیگ) واقعاً “اشاره کردن” به جهت جریان انرژی است.
S = 1/μ₀ E × B
S: مقدار انرژی جریان یافته در یک مساحت در هر ثانیه
μ₀: ضریب تراوایی خلأ
E: میدان الکتریکی
B: میدان مغناطیسی
در این معادله، S و E و B کمیتهای برداری (جهتدار) هستند.
یک باتری را میتوان به شکل دو بار نا هم نام برابر دید که میدان الکتریکی را تحت تأثیر قرار میدهند (تصویر شماره 2). اما طبق بردار پوینتیگ، هیچ انرژیای جریان نخواهد یافت زیرا میدان مغناطیسی (B) صفر است. این یعنی باتری به طور خود به خودی انرژی از دست نخواهد داد و باید حتماً به چیزی وصل شود.
دوباره میدان الکتریکی اطراف باتری را ببینید (تصویر شماره 3). اگر سیمی که لامپ در وسطش قرار دارد را به دو سر باتری وصل کنیم، میدان الکتریکی باتری از سیم هدایت خواهد شد (تصویر شماره 4). اکنون میدان الکتریکی در مدار به اندازهای قوی است که میتواند به بارهای الکتریکی نیرو وارد کند و باعث حرکت کردن بارها در مدار بشود و یک جریان الکتریکی در مدار ایجاد شود. و حالا چون بارهای الکتریکی در حال حرکت هستند، میدان مغناطیسی هم ایجاد میشود (تصویر شماره 5).
اکنون ما یک میدان الکتریکی و یک میدان مغناطیسی داریم که بر اساس بردار پوینتینگ، باعث ایجاد جریان انرژی میشود. در معادله بردار پوینتینگ، علامت ضرب بین E و B به این معناست که جهت جریان انرژی باید عمود بر جهت هر دو میدان الکتریکی و مغناطیسی باشد. جهت حرکت بارها، با جهت میدان الکتریکی یکی است و این یعنی طبق بردار پوینتینگ، جریان انرژی نمیتواند هم جهت با حرکت بارها در مدار باشد!
بیایید روی طول کوچکی از مدار تمرکز کنیم و جهت میدان الکتریکی و جهت میدان مغناطیسی را بررسی کنیم (تصویر شماره 6) و سپس جهتی را پیدا کنیم که عمود بر هر دوی آنها باشد (تصویر شماره 7).
بله درست میبینید، انرژی از میدانی در “خارج از سیم”، وارد آن میشود! احتمالاً دیگر هرگز به مدارهای الکتریکی مثل قبل نگاه نمیکنید...
بالاتر گفته بودیم که “انرژی به گونهای از باتری به لامپ منتقل شده است” و این موضوع که انرژی مصرفی لامپ، از باتری میآید درست است؛ اما این اتفاق غیرمستقیم رخ میدهد!
در درون باتری، جهت میدان الکتریکی بر خلاف جهت آن در مدار است، اما میدان مغناطیسی به همان جهت است. پس اگر به باتری همان گونه که به سیم نگاه کردیم، نگاه کنیم، میبینیم جریان انرژی از باتری خارج و به میدان وارد میشود (تصویر شماره 8).
مقدار انرژیای که مدار و لامپ از میدان دریافت میکنند، به همان اندازهای است که باتری انرژی به میدان میدهد. پس جریان انرژی در این مدار، بیشتر این شکلی است (تصویر شماره 9) تا شکلی که قبلاً تصور میکردید.
حتی مهم نیست DC باشد یا AC؛ با جریان متناوب، بارها در مدار فقط عقب و جلو میشوند زیرا جهت میدان الکتریکی دائماً عوض میشود و در نتیجه جهت میدان مغناطیسی هم دائماً تغییر میکند. وقتی جهت E عوض شود و جهت B هم عوض شود، این دو اثر یکدیگر را خنثی میکنند و جهت S ثابت باقی میماند (تصویر شماره 10 و 11).
انرژی چگونه در مدارهای الکتریکی منتقل میشود؟
انرژیای که باعث میشود یک مدار کار کند، از میدان اطراف مدار میآید. یک منبع انرژی مانند باتری، فقط همان مقدار انرژی را به میدان باز میگرداند تا قانون بقای انرژی نقض نشود. و کاری که جریان الکتریکی میکند، فراهم کردن شرایط مورد نیاز برای جریان یافتن انرژی است.
@Cosmos_language
https://telegram.me/Cosmos_language
میدانیم که انرژی باتری با گذشت زمان در حالی که لامپ نور و گرما از خود ساطع میکند، کاهش پیدا میکند. بنابراین انرژی به گونهای از باتری به لامپ منتقل شده است. و این “جریان انرژی” با چیزی به نام “Poynting Vector” توصیف میشود و این یک اشتباه املایی نیست! واژه “Poyntig” از فعل ”Pointing” (به معنای “اشاره کردن”) نمیآید؛ بلکه به افتخار فیزیکدان انگلیسی، “John Henry Poynting” اینگونه نام گذاری شده است. اما کار این بردار (بردار پوینتیگ) واقعاً “اشاره کردن” به جهت جریان انرژی است.
S = 1/μ₀ E × B
S: مقدار انرژی جریان یافته در یک مساحت در هر ثانیه
μ₀: ضریب تراوایی خلأ
E: میدان الکتریکی
B: میدان مغناطیسی
در این معادله، S و E و B کمیتهای برداری (جهتدار) هستند.
یک باتری را میتوان به شکل دو بار نا هم نام برابر دید که میدان الکتریکی را تحت تأثیر قرار میدهند (تصویر شماره 2). اما طبق بردار پوینتیگ، هیچ انرژیای جریان نخواهد یافت زیرا میدان مغناطیسی (B) صفر است. این یعنی باتری به طور خود به خودی انرژی از دست نخواهد داد و باید حتماً به چیزی وصل شود.
دوباره میدان الکتریکی اطراف باتری را ببینید (تصویر شماره 3). اگر سیمی که لامپ در وسطش قرار دارد را به دو سر باتری وصل کنیم، میدان الکتریکی باتری از سیم هدایت خواهد شد (تصویر شماره 4). اکنون میدان الکتریکی در مدار به اندازهای قوی است که میتواند به بارهای الکتریکی نیرو وارد کند و باعث حرکت کردن بارها در مدار بشود و یک جریان الکتریکی در مدار ایجاد شود. و حالا چون بارهای الکتریکی در حال حرکت هستند، میدان مغناطیسی هم ایجاد میشود (تصویر شماره 5).
اکنون ما یک میدان الکتریکی و یک میدان مغناطیسی داریم که بر اساس بردار پوینتینگ، باعث ایجاد جریان انرژی میشود. در معادله بردار پوینتینگ، علامت ضرب بین E و B به این معناست که جهت جریان انرژی باید عمود بر جهت هر دو میدان الکتریکی و مغناطیسی باشد. جهت حرکت بارها، با جهت میدان الکتریکی یکی است و این یعنی طبق بردار پوینتینگ، جریان انرژی نمیتواند هم جهت با حرکت بارها در مدار باشد!
بیایید روی طول کوچکی از مدار تمرکز کنیم و جهت میدان الکتریکی و جهت میدان مغناطیسی را بررسی کنیم (تصویر شماره 6) و سپس جهتی را پیدا کنیم که عمود بر هر دوی آنها باشد (تصویر شماره 7).
بله درست میبینید، انرژی از میدانی در “خارج از سیم”، وارد آن میشود! احتمالاً دیگر هرگز به مدارهای الکتریکی مثل قبل نگاه نمیکنید...
بالاتر گفته بودیم که “انرژی به گونهای از باتری به لامپ منتقل شده است” و این موضوع که انرژی مصرفی لامپ، از باتری میآید درست است؛ اما این اتفاق غیرمستقیم رخ میدهد!
در درون باتری، جهت میدان الکتریکی بر خلاف جهت آن در مدار است، اما میدان مغناطیسی به همان جهت است. پس اگر به باتری همان گونه که به سیم نگاه کردیم، نگاه کنیم، میبینیم جریان انرژی از باتری خارج و به میدان وارد میشود (تصویر شماره 8).
مقدار انرژیای که مدار و لامپ از میدان دریافت میکنند، به همان اندازهای است که باتری انرژی به میدان میدهد. پس جریان انرژی در این مدار، بیشتر این شکلی است (تصویر شماره 9) تا شکلی که قبلاً تصور میکردید.
حتی مهم نیست DC باشد یا AC؛ با جریان متناوب، بارها در مدار فقط عقب و جلو میشوند زیرا جهت میدان الکتریکی دائماً عوض میشود و در نتیجه جهت میدان مغناطیسی هم دائماً تغییر میکند. وقتی جهت E عوض شود و جهت B هم عوض شود، این دو اثر یکدیگر را خنثی میکنند و جهت S ثابت باقی میماند (تصویر شماره 10 و 11).
انرژی چگونه در مدارهای الکتریکی منتقل میشود؟
انرژیای که باعث میشود یک مدار کار کند، از میدان اطراف مدار میآید. یک منبع انرژی مانند باتری، فقط همان مقدار انرژی را به میدان باز میگرداند تا قانون بقای انرژی نقض نشود. و کاری که جریان الکتریکی میکند، فراهم کردن شرایط مورد نیاز برای جریان یافتن انرژی است.
@Cosmos_language
https://telegram.me/Cosmos_language
تصویر شماره 2
باتری را میتوان دو بار هم نام با مقدار برابر در نظر گرفت که میدان الکتریکی را تحت تأثیر قرار میدهند.
@Cosmos_language
باتری را میتوان دو بار هم نام با مقدار برابر در نظر گرفت که میدان الکتریکی را تحت تأثیر قرار میدهند.
@Cosmos_language