الکترومغناطیس

• ۱۸۰۰: برای اولین بار آلِساندرو ولتا از روی و نقره توان الکتریکی دائمی (پیل یا باتری) تولید کرد.
• ۱۸۲۰: هانس کریستیَن اُورستِد با مشاهدهٔ تغییر جهت قطب‌نما با جریان الکتریکی میدان مغناطیسی را پیدا کرد. این اولین جابه‌جایی مکانیکی با جریان الکتریکی بود.
• ۱۸۲۰: آندره ماری آمپر سیم پیچ استوانه‌ای را اختراع کرد.
• ۱۸۲۱: مایکل فارادِی دو آزمایش برای نشان دادن چرخش مغناطیسی طراحی کرد. او یک سیم آویزان را در معرض میدان مغناطیسی قرار داد و چرخش آن در یک مدار دوار را مشاهده کرد.
• ۱۸۲۲: پیتر بارلو (انگلیسی) چرخ نخ‌ریسی را اختراع کرد. (چرخ بارلو = ماشین تک قطبی).
• ۱۸۲۶–۱۸۲۵: ولیام استراگن (انگلیسی) آهنربای الکتریکی را اختراع کرد، که یک سیم پیچ با هسته آهنی (به منظور افزایش میدان مغناطیسی) بود.
• ۱۸۲۷–۱۸۲۸: ایستوان (آنیوس) جدلیک (مجارستانی) اولین ماشین‌های دوار با برق و کموتاتور را اختراع کرد. اما او چندین سال پس از اختراع به فکر ثبتش افتاد و تاریخ دقیق آن مشخص نیست.
• ۱۸۳۱: مایکل فارادی القای الکترومغناطیسی را کشف کرد؛ یعنی تولید جریان الکتریکی با تغییر میدان مغناطیسی.[1]

نیروی لورنتس توسط میدان الکترومغناطیسی به ذرهٔ باردار متحرک وارد می‌شود که رابطهٔ آن به صورت زیر است:

${\displaystyle {F}=q{E}+q{v}\times {B}}$

که ${\displaystyle F}$ نشان دهندهٔ بردار نیرو، ${\displaystyle q}$ مقدار بار الکتریکی ذره متحرک، ${\displaystyle E}$ مقدار میدان الکتریکی، ${\displaystyle v}$ بردار سرعت ذرهٔ متحرک و ${\displaystyle {\ce {B}}}$ بردار میدان مغناطیسی می‌باشد.

میدان الکتریکی ${\displaystyle E}$ طبق رابطهٔ زیر تعریف می‌شود:

${\displaystyle {F}={E}{q_{0}}}$

که ${\displaystyle q_{0}}$ نشان دهنده بار مثبت آزمون، ${\displaystyle F}$ بردار نیروی الکتریکی وارد بر ذره باردار و ${\displaystyle E}$ بردار میدان الکتریکی می‌باشد.

در شرایط الکتروستاتیک که ذرات باردار ساکن هستند، طبق قانون کولن برای n ذره باردار می‌توان نشان داد که میدان الکتریکی به صورت زیر بدست می‌آید:

${\displaystyle {E}={\frac {1}{4\pi \varepsilon _{0}}}\sum _{i=1}^{n}{\frac {q_{i}\left({r}-{r}_{i}\right)}{\left|{r}-{r}_{i}\right|^{3}}}}$

که ${\displaystyle n}$ تعداد ذرات باردار، ${\displaystyle q_{i}}$ بار هر ذره، ${\displaystyle r_{i}}$ موقعیت هر ذره، ${\displaystyle r}$ فاصله از میدان الکتریکی و ${\displaystyle \varepsilon _{0}}$ ثابت گذردهی خلاء است.

حال برای یک توزیع بار گسترده خواهیم داشت:

${\displaystyle {E}={\frac {1}{4\pi \varepsilon _{0}}}\int {\frac {\rho ({r}){\hat {r}}}{r^{2}}}{d}V}$

که ${\displaystyle \rho (r)}$ چگالی بار و حاصل تقسیم بار الکتریکی کل بر حجم توزیع گسترده‌است.

می‌توان کمیتی اسکالر به نام پتانسیل الکتریکی ${\displaystyle \varphi }$ برای میدان الکتریکی تعریف کرد. در شرایط الکتروستاتیک، به دلیل صفر بودن چرخش میدان الکتریکی (که ناشی از ماهیت مرکزی نیرو در قانون کولن است)، میدان الکتریکی ${\displaystyle E}$ برابر خواهد بود با منفی گرادیان ${\displaystyle \varphi }$. یعنی (در حالت الکتروستاتیک) می‌شود نوشت:

${\displaystyle {E}=-\nabla \varphi }$

از این رابطه می‌توان بُعد ${\displaystyle E}$ را به‌صورت ${\displaystyle V \over m}$ (ولت بر متر) نشان داد. با اعمال قضیه استوکس می‌توان نشان داد که اختلاف پتانسیل بین دو نقطه برابر است با:

${\displaystyle \varphi _{E}=-\int _{C}{E}\cdot {d}{l}}$

که ${\displaystyle C}$ مسیری است که روی آن از میدان انتگرال گرفته می‌شود.

برای یک بار نقطه‌ای ساکن می‌توان نشان داد که اختلاف پتانسیل الکتریکی از رابطهٔ زیر بدست می‌آید:

${\displaystyle \varphi ={\frac {q}{4\pi \varepsilon _{0}\left|{r}-{r}_{q}\right|}}}$

که ${\displaystyle q}$ بار ذره، ${\displaystyle r_{q}}$ موقعیت هر ذره، ${\displaystyle r}$ فاصله از بار الکتریکی و ${\displaystyle \varepsilon _{0}}$ ثابت گذردهی خلاء است. در شرایطی که بار می‌تواند آزادانه حرکت کند (حالت غیر ایستا). این رابطه با پتانسیل لینارد-ویشرت جایگزین می‌گردد که همانند قبل برای یک توزیع بار پیوسته خواهیم داشت:

${\displaystyle \varphi ={\frac {1}{4\pi \varepsilon _{0}}}\int {\frac {\rho ({r})}{r}}{d}V}$

که ${\displaystyle \rho (r)}$ چگالی بار است (حاصل تقسیم بار الکتریکی کل بر حجم توزیع گسترده).