کتاب الکترومغناطیس چنگ
کتابهای بسیاری در زمینه الکترومغناطیسی مقدماتی را میتوان تقریباً به دو گروه اصلی تقسیم کرد. گروه اول توسعه سنتی را در نظر میگیرند: شروع با قوانین تجربی، تعمیم آنها در مراحل، و در نهایت ترکیب آنها در قالب معادلات ماکسول. این یک رویکرد استقرایی است. گروه دوم توسعه بدیهی را در نظر میگیرند: با معادلات ماکسول شروع میکنند، هر کدام را با قانون تجربی مناسب شناسایی میکنند، و معادلات کلی را به موقعیتهای ایستا و متغیر زمان دانلود کتاب الکترومغناطیس چنگ فارسی تجزیه و تحلیل اختصاص میدهند. این یک رویکرد قیاسی است. چند کتاب با بررسی نظریه نسبیت خاص شروع میشود و تمام نظریه الکترومغناطیسی را از قانون نیرو کولن توسعه میدهد. اما این رویکرد ابتدا مستلزم بحث و درک نظریه نسبیت خاص است و شاید بهترین گزینه برای یک دوره در سطح پیشرفته باشد.
طرفداران توسعه سنتی استدلال میکنند که این روشی است که نظریه الکترومغناطیسی از نظر تاریخی کشف شده است (از قوانین تجربی خاص گرفته تا معادلات ماکسول)، و پیروی از آن برای دانش آموزان از روشهای دیگر آسانتر است. با این حال، من احساس میکنم که روشی که مجموعهای از دانش کشف شد، لزوماً بهترین راه برای آموزش این موضوع به دانش آموزان نیست. موضوعات تمایل به تکه تکه شدن دارند و نمیتوانند از مختصر بودن حساب برداری بهره کامل ببرند. دانشآموزان متحیر میشوند، و اغلب یک بلوک ذهنی برای معرفی بعدی عملیات گرادیان، واگرایی و کرل ایجاد میکنند. به عنوان فرآیندی برای فرمولبندی یک مدل الکترومغناطیسی، این رویکرد فاقد انسجام و ظرافت است.
توسعه بدیهی معمولاً با مجموعه چهار معادله ماکسول، به صورت دیفرانسیل یا انتگرال، به عنوان فرضیات اساسی آغاز میشود. این معادلات پیچیدگی قابل توجهی هستند و تسلط بر آنها دشوار است. آنها احتمالاً باعث ایجاد حیرت و مقاومت در دانش آموزانی میشوند که در ابتدای کتاب با همه آنها برخورد میکنند. دانش آموزان هوشیار در مورد معنای بردارهای میدان و در مورد ضرورت و کفایت این معادلات کلی تعجب خواهند کرد. دانش آموزان در مرحله اولیه در رابطه با مفاهیم مدل الکترومغناطیسی گیج میشوند و هنوز با به کارگیری ریاضی مرتبط راحت نیستند. در هر صورت، معادلات کلی ماکسول به زودی برای اعمال میدانهای استاتیک ساده میشوند، که امکان در نظر گرفتن میدانهای الکترواستاتیک و میدانهای مغناطیسی استاتیک را به طور جداگانه فراهم میکند. پس چرا باید کل مجموعه چهار معادله ماکسول در ابتدا معرفی شود؟
ممکن است استدلال شود که قانون کولن اگرچه مبتنی بر شواهد تجربی است، اما در واقع یک فرض است. دو شرط قانون کولن را در نظر بگیرید: اینکه اجسام باردار در مقایسه با فاصله جدایی آنها بسیار کوچک هستند و نیروی بین اجسام باردار با مجذور فاصله آنها نسبت معکوس دارد. این سوال در مورد شرط اول مطرح میشود: اجسام باردار چقدر باید کوچک باشند تا در مقایسه با فاصله آنها "دانلود کتاب الکترومغناطیس چنگ فارسی کوچک" در نظر گرفته شوند؟ در عمل، اجسام باردار نمیتوانند دارای اندازههای ناپدید شونده باشند (بارهای نقطه ایده آل)، و در تعیین فاصله "واقعی" بین دو جسم با ابعاد محدود مشکل وجود دارد. برای اندازههای جسم مشخص، دقت نسبی در اندازهگیریهای فاصله زمانی بهتر است که جداسازی بزرگتر باشد. با این حال، ملاحظات عملی (ضعف نیرو، وجود اجسام باردار خارجی و غیره) فاصله قابل استفاده جداسازی در آزمایشگاه را محدود میکند و نمیتوان از عدم دقت تجربی به طور کامل اجتناب کرد. این منجر به سوال مهمتری در مورد رابطه معکوس مربع شرط دوم میشود. حتی اگر اجسام باردار دارای اندازههای ناپدید شونده بودند، اندازهگیریهای تجربی نمیتوانستند از دقت بینهایتی برخوردار باشند، صرفنظر از اینکه یک آزمایشگر چقدر ماهر و محتاط بود. پس چگونه ممکن بود کولن بداند که نیرو دقیقاً با مربع (نه توان 2.000001 یا 1.999999) فاصله جدایی نسبت معکوس دارد؟ این سوال را نمی توان از دیدگاه تجربی پاسخ داد، زیرا بعید است که آزمایشات در زمان کولن تا رتبه هفتم دقیق باشد. بنابراین باید نتیجه بگیریم که قانون کولن خود یک فرض است و این یک قانون طبیعت است که بر اساس آزمایشات او با دقت محدودی کشف و فرض شده است (به بخش 3-2 مراجعه کنید).
این کتاب مدل الکترومغناطیسی را با استفاده از رویکرد بدیهی در مراحل میسازد: ابتدا برای میدانهای الکتریکی ساکن (فصل 3)، سپس برای میدانهای مغناطیسی ساکن (فصل 6)، و در نهایت برای میدانهای متغیر با زمان منتهی به معادلات ماکسول (فصل 7). مبنای ریاضی برای هر مرحله، قضیه هلمهولتز است، که بیان میکند که یک میدان برداری در یک ثابت افزایشی تعیین میشود اگر هم واگرایی و هم کرل آن در همه جا مشخص شود. بنابراین، برای توسعه مدل الکترواستاتیکی در فضای آزاد، تنها لازم است یک بردار واحد (یعنی شدت میدان الکتریکی E) با مشخص کردن واگرایی و کرل آن به عنوان فرضیه تعریف شود. همه روابط دیگر در الکترواستاتیک برای فضای آزاد، از جمله قانون کولن و قانون گاوس، میتوانند از دو اصل نسبتاً ساده استخراج شوند. روابط در رسانههای مواد را میتوان از طریق مفهوم توزیع بار معادل دی الکتریکهای قطبی دانلود کتاب الکترومغناطیس چنگ فارسی توسعه داد. به طور مشابه، برای مدل مغناطواستاتیک در فضای آزاد، لازم است تنها یک بردار چگالی شار مغناطیسی B را با مشخص کردن واگرایی و کرل آن به عنوان فرضیه تعریف کنیم. تمام فرمولهای دیگر را میتوان از این دو اصل استخراج کرد. روابط در رسانههای مادی را میتوان از طریق مفهوم چگالی جریان معادل توسعه داد. البته، اعتبار فرضیهها در توانایی آنها برای به دست آوردن نتایجی است که با شواهد تجربی مطابقت دارد.
برای میدانهای متغیر با زمان، شدت میدان الکتریکی و مغناطیسی با هم جفت میشوند. فرض کرل E برای مدل الکترواستاتیک باید اصلاح شود تا با قانون فارادی مطابقت داشته باشد. علاوه بر این، فرض کرل B برای مدل مغناطیسی نیز باید اصلاح شود تا با معادله پیوسته سازگار باشد. بنابراین، ما چهار معادله ماکسول را داریم که مدل الکترومغناطیسی را تشکیل میدهند. من معتقدم که این توسعه تدریجی مدل الکترومغناطیسی مبتنی بر قضیه هلمهولتز جدید، سیستماتیک، از نظر آموزشی صحیح است و به راحتی توسط دانش آموزان پذیرفته میشود.
در ارائه مطالب برای دانلود کتاب الکترومغناطیس چنگ فارسی و وحدت و جریان روان و منطقی ایدهها تلاش میکنم. بسیاری از مثالهای کار شده برای تأکید بر مفاهیم اساسی و نشان دادن روشهایی برای حل مسائل معمولی گنجانده شده است. کاربرد روابط مشتق شده برای فناوریهای مفید (مانند چاپگرهای جوهر افشان، صاعقه گیر، میکروفونهای الکترت، طراحی کابل، سیستمهای چندرسانا، محافظ الکترواستاتیک، رادار داپلر، طراحی رادوم، فیلترهای پولاروید، سیستمهای ارتباطی ماهوارهای، فیبرهای نوری و خطوط میکرواستریپ) مورد بحث قرار میگیرند. سؤالات مروری در پایان هر فصل ظاهر میشوند تا میزان یادداشت و درک دانشآموزان از مطالب ضروری در فصل را آزمایش کنند. مسائل در هر فصل برای تقویت درک دانشآموزان از روابط متقابل بین مقادیر مختلف در فرمولها و گسترش توانایی آنها در استفاده از فرمولها برای حل مسائل عملی طراحی شدهاند. در تدریس، سؤالات مروری را وسیلهای بسیار مفید برای برانگیختن علاقه دانش آموزان و هوشیار نگه داشتن آنها در کلاس یافتهام.
این کتاب علاوه بر مبانی میدانهای الکترومغناطیسی، تئوری و کاربردهای خطوط انتقال، موجبرها و تشدیدگرهای حفره، و آنتنها و سیستمهای تابشی را نیز پوشش میدهد. مفاهیم اساسی و نظریه حاکم بر الکترومغناطیس با معرفی دستگاههای الکترومغناطیسی جدید تغییر نمیکند. دلایل و انگیزههای فراوان برای یادگیری اصول اساسی الکترومغناطیسی در بخش 1-1 آورده شده است. امیدوارم مطالب این کتاب که با رویکرد بدیع تقویت شده است، دانلود کتاب الکترومغناطیس چنگ فارسی مطمئن و کافی را برای درک و تحلیل پدیدههای پایه الکترومغناطیسی و همچنین آمادهسازی آنها برای موضوعات پیشرفتهتر در نظریه الکترومغناطیسی در اختیار دانش آموزان قرار دهد.
در این کتاب مطالب کافی برای یک رشته برای دو نیمسال تحصیلی وجود دارد. فصلهای 1 تا 7 شامل مطالب مربوط به زمینهها و فصلهای 8 تا 11 در مورد امواج و کاربردها است. در مدارسی که فقط یک دوره یک ترم در مورد الکترومغناطیسی وجود دارد، فصلهای 1 تا 7، به علاوه چهار بخش اول فصل 8، پایه خوبی در زمینهها و معرفی امواج در رسانههای نامحدود فراهم میکند. مطالب باقی مانده میتواند به عنوان یک کتاب مرجع مفید در مورد برنامهها یا به عنوان یک کتاب درسی برای یک دوره انتخابی بعدی باشد. مدارس در سیستم یک چهارم میتوانند مواد را مطابق با تعداد کل ساعات اختصاص داده شده به موضوع الکترومغناطیسی تنظیم کنند. البته، مربیان منفرد این حق را دارند که بر برخی موضوعات تأکید و گسترش دهند و برخی دیگر را مورد تأکید قرار دهند یا حذف کنند.
من در مورد توصیه گنجاندن برنامههای رایانهای برای حل برخی مسائل فکر قابل توجهی کردهام، اما در نهایت تصمیم به مخالفت گرفتهام. انحراف توجه و تلاش دانشآموزان به روشهای عددی و نرمافزارهای رایانهای، آنها را از تمرکز بر یادگیری اصول الکترومغناطیس منحرف میکند. در صورت لزوم، وابستگی نتایج مهم به مقدار یک پارامتر توسط منحنیها تأکید میشود. توزیع میدان و الگوهای آنتن توسط نمودارها نشان داده شده است و الگوهای حالت معمولی در موجبرها رسم شده است. برنامه های کامپیوتری برای به دست آوردن این منحنیها، نمودارها و الگوهای حالت همیشه ساده نیستند. دانشجویان علوم و مهندسی موظفند امکاناتی را برای استفاده از رایانه به دست آورند. اما به نظر میرسد گنجاندن برخی از برنامههای کامپیوتری به سبک کتاب آشپزی در کتابی در مورد اصول بنیادی میدانهای الکترومغناطیسی و امواج کمک چندانی به درک موضوع میکند.
این کتاب برای اولین بار دانلود کتاب الکترومغناطیس چنگ فارسی سال 1983 منتشر شد. واکنشهای مثبت و تشویق دوستانه اساتید و دانشجویان انگیزهای را برای من فراهم کرد تا نسخه جدیدی از آن منتشر کنم. در این ویرایش دوم موضوعات جدید زیادی اضافه کردهام. اینها شامل اثر هال، موتورهای d-c، ترانسفورماتورها، جریان گردابی، سرعت انتقال انرژی برای سیگنالهای باند وسیع در موجبرها، معادله راداری و مقطع پراکندگی، گذرا در خطوط انتقال، توابع بسل، موجبرهای دایرهای و تشدید کنندههای حفره دایرهای، ناپیوستگی موجبرها، انتشار موج در یونوسفر و نزدیک به سطح زمین، آنتنهای مارپیچ، آرایههای دوقطبی لگاریتم تناوبی و طول مؤثر آنتن و ناحیه مؤثر. تعداد کل مسائل حدود 35 درصد افزایش یافته است.
شرکت انتشارات آدیسون-وسلی تصمیم گرفته است که این نسخه دوم را کتابی دو رنگ بسازد. فکر میکنم خوانندگان موافق باشند که این کتاب به خوبی تولید شده است. میخواهم از این فرصت استفاده کنم و از همه افرادی که در تحریریه، تولید، و کارکنان بازاریابی کمک کردند تا دانلود کتاب الکترومغناطیس چنگ فارسی نسخه جدید را ارائه کنند، قدردانی کنم. به طور
الکترومغناطیس به روشی ساده بیان شده است که به مطالعه اثرات بارهای الکتریکی در حالت سکون و حرکت میپردازد. از فیزیک مقدماتی میدانیم که دو نوع بار وجود دارد: مثبت و منفی. بارهای مثبت و منفی هر دو منبع یک میدان الکتریکی هستند. بارهای متحرک، جریان تولید میکنند که باعث ایجاد میدان مغناطیسی میشود. در اینجا ما به طور کلی در رابطه با میدان الکتریکی و میدان مغناطیسی صحبت میکنیم؛ مفاهیم مهمتر دانلود کتاب الکترومغناطیس چنگ فارسی به این اصطلاحات اضافه خواهد شد. یک میدان توزیع فضایی یک مقدار است که ممکن است تابعی از زمان باشد یا نباشد. میدان الکتریکی متغیر در زمان با میدان مغناطیسی همراه است و بالعکس. به عبارت دیگر، متغیر بودن زمان میدانهای الکتریکی و مغناطیسی به هم پیوسته است و در نتیجه یک میدان الکترومغناطیسی ایجاد میشود. تحت شرایط خاصی، میدانهای الکترومغناطیسی وابسته به زمان امواج تولید میکنند که از منبع ساطع میشوند.
مفهوم میدانها و امواج در توضیح کنش از دور ضروری است. به عنوان مثال، ما از مکانیک مقدماتی آموختیم که تودهها یکدیگر را جذب میکنند. به همین دلیل اجسام به سمت سطح زمین میافتند. اما از آنجا که هیچ رشته الاستیکی بین جسم در حال سقوط آزاد و زمین وجود ندارد، چگونه این پدیده را توضیح میدهیم؟ ما این پدیده کنش از دور را با فرض وجود میدان گرانشی توضیح میدهیم. امکانات دانلود کتاب الکترومغناطیس چنگ فارسی ماهوارهای و دریافت سیگنالها از کاوشگران فضایی میلیونها مایل دورتر را فقط با فرض وجود میدانهای الکتریکی و مغناطیسی و امواج الکترومغناطیسی میتوان توضیح داد. در این کتاب، الکترومغناطیس میدان و موج، ما اصول و کاربردهای قوانین الکترومغناطیس را که بر پدیدههای الکترومغناطیس حاکم است، مطالعه میکنیم.
الکترومغناطیس برای فیزیکدانان و مهندسان برق و کامپیوتر از اهمیت اساسی برخوردار است. نظریه الکترومغناطیسی در درک اصل اتم شکن، اسیلوسکوپهای اشعه کاتدی، رادار، ارتباطات ماهوارهای، دریافت تلویزیونی، سنجش از راه دور، نجوم رادیویی، دستگاههای مایکروویو، ارتباط فیبر نوری، ناپایدار در خطوط انتقال، مسائل سازگاری الکترومغناطیسی، سیستم ابزار فرود، تبدیل انرژی الکترومکانیکی، و غیره ضروری است. مفاهیم مدار نشان دهنده یک نسخه محدود، یک مورد خاص، از مفاهیم الکترومغناطیسی است. همانطور که در فصل 7 خواهیم دید، وقتی فرکانس منبع بسیار کم است به طوری که ابعاد یک شبکه رسانا بسیار کوچکتر از طول موج است، ما یک وضعیت شبه استاتیک داریم، که یک مسئله الکترومغناطیسی را به یک مسئله مدار ساده میکند. با این حال، ما بیدرنگ اضافه میکنیم که دانلود کتاب الکترومغناطیس چنگ فارسی مدار خود یک رشته بسیار پیشرفته و پیچیده است. این در مورد مسائل مختلف مهندسی برق صدق میکند و در نوع خود مهم است.
دو وضعیت، ناکافی بودن مفاهیم نظریه مدار و نیاز به مفاهیم میدان الکترومغناطیسی را نشان میدهد. در شکل 1-1 یک آنتن تک قطبی از نوعی که روی واکی تاکی میبینیم به تصویر کشیده شده است. هنگام ارسال، منبع در پایه آنتن را با جریان انتقال پیام در فرکانس حامل مناسب تغذیه میکند. از دیدگاه نظریه مدار، منبع تغذیه به صورت مدار باز است زیرا نوک بالایی آنتن از نظر فیزیکی به هیچ چیزی متصل نیست؛ بنابراین هیچ جریانی وجود نخواهد داشت و هیچ اتفاقی نمیافتد. البته این دیدگاه نمیتواند توضیح دهد که چرا میتوان بین واکی تاکیها از راه دور ارتباط برقرار کرد. باید از مفاهیم الکترومغناطیسی استفاده کرد. در فصل 11 خواهیم دید که وقتی طول آنتن بخش قابل توجهی از طول موج حامل است†، یک جریان غیر یکنواخت در انتهای باز مدار آنتن جریان مییابد. این جریان یک میدان الکترومغناطیسی متغیر در زمان را در فضا منتشر میکند، که به عنوان یک موج الکترومغناطیسی منتشر میشود و در دیگر آنتنها از راه دور جریان ایجاد میکند.