الموجات الكهرومغناطيسية و معادلات ماكسويل electromagnetic waves , Maxwell Equations الجزء الثاني

أولا : ثنائي القطب الكهربي
يتكون ثنائي القطب الكهربي من شحنتين متساويتين و متعاكستين في الإشارة تفصلهما مسافة محددة و لتكن d و يبين الشكل طريقة بسيطة لإنشاء ثنائي القطب باستخدام بطارية حتى نشحن كرتين موصلتين صغيرتين متصلتين بطرفي البطارية المتعاكستين . و جانب من المجال الكهربي الاستاتيكي الذي يحدثه ثنائي القطب مبين في الشكل . و شدة هذا المجال بعيدا بمسافة تزيد كثيرا عن d تتضاءل في تناسب عكسي مع مكعب المسافة إلى ثنائي القطب .

افترض الآن أننا قمنا بعكس قطبية البطارية بشكل مفاجئ . إن هذا - كما نعلم - سيغيير اتجاه المجال المبين في الشكل السابق . و لنا أن نسأل هنا سؤالا أساسيا :
" هل يمكن الإحساس بهذا التغير في المجال فورا و في كل مكان ؟ " . و بعبارة أخرى هل ستعاني شحنة اختبار موضوعة عند النقطة A من انعكاس القوة الكهربية ؟ .

عندما نعكس قطبية البطارية فإن الشحنة لابد و أن تسري على طول ثنائي القطب خلال عملية عكس المجال الكهربي . و في غضون هذا لابد أن يتكون مجال مغناطيسي بسبب التيار الذي خلفه سريان الشحنة . و السؤال الذي يثور الآن هو : " هل يمكن الإحساس بهذا المجال المغناطيسي على الفور عند النقطة A  ؟" .

على أن هناك سؤالا آخر يثور تأسيسا على هذه الملاحظة . عند عكس فولطية البطارية , فإننا نحدث تغيرا في المجال الكهربي , و هذا بدوره يؤدي إلى خلق مجال مغناطيسي بسبب التيار الناشئ عن سريان الشحنة بين الكرتين . هل بإمكاننا تعميم هذا التأثير ليشمل حالة لا يكون فيها سريان الشحنة في منطقة المجال الكهربي المتغير ؟ و بعبارة أخرى : " هل يستحث المجال الكهربي المتغير مجالات مغناطيسية و إن لم تكن هناك شحنات تسري ؟ ."

و للإجابة على هذا السؤال  سنعتبر مثال لوحي المكثف في الشكل التالي .

عند تغيير قطبية اللوحين , لا تسري شحنات بينهما , فالتيار سيسري فقط في الدائرة الخارجية , التي يمكن ترتيبها بحيث تكون الأسلاك التي توصل بين البطارية و اللوحين و كذا الشحنات التي تحملها الأسلاك بعيدة تماما عن الحيز المحصور بين اللوحين . و إذا ما وصلنا اللوحين بجهد مهتز , فهل يستحث المجال الكهربي المتغير بين اللوحين مجالا مغناطيسيا بينهما حتى و لو لم تسري شحنات بين اللوحين ؟ إن هذا المبدأ - أي فكرة إمكانية أن يستحث مجال مغناطيسي بواسطة مجال كهربي متغير - لم يكن معروفا في الوقت الذي كان ماكسويل يدرس فيه هذا السؤال .

لقد لاحظ ماكسويل أن قوانين الكهربية و المغناطيسية المعروفة تفتقر إلى التماثل بين المجالين E  و B : فقد كان معروفا أن مجالات B المتغيرة تستحث مجالات E ؛ و لم يكن هناك مقابل معروف لهذا القانون , و يكون من شأنه التنبؤ بأن مجالات E المتغيرة لابد و أن تستحث مجالات B . و خطا ماكسويل الخطوة الجريئة بأن تبنى الفكرة الأخيرة .
و هذا ما سنكمله في اللقاء القادم - بإذن الله تعالى -