مقدمه‌ای بر الکترودینامیک
الکترودینامیک شاخه‌ی مهم فیزیک است که به بررسی رفتار بارها در حرکت داده شده توسط میدان‌های الکتریکی و مغناطیسی می‌پردازد. در واقع، الکترودینامیک پاسخ به سؤالاتی چون: «چگونه بارها در حضور میدان‌های الکتریکی و مغناطیسی به حرکت در می‌آیند؟»، «میدان‌های الکتریکی و مغناطیسی چگونه متاثر یکدیگر هستند؟»، و «چگونه جریان الکتریکی و فیلد‌های مغناطیسی تولید می‌شوند؟» را می‌دهد.
در الکترودینامیک، الکتریسیته به عنوان یکی از پایه‌های فیزیک برای توصیف و تفسیر پدیده‌های الکتریکی و مغناطیسی استفاده می‌شود. همان طور که میدان‌های الکتریکی و مغناطیسی می‌توانند گسترش انبوهی داشته باشند، اثرات آن‌ها نیز برای مقیاس‌های بزرگ، مانند جریانهای الکتریکی و مغناطیسی، که توسط آن‌ها تولید می‌شوند، قابل مشاهده هستند.
در الکترودینامیک، قوانین میدان‌های الکتریکی و مغناطیسی به صورت معادلات ماکسول، که توسط یکی از برجسته‌ترین دانشمندان تاریخ فیزیک به نام جیمز کلرک ماکسول ارائه شده، توصیف می‌شوند. این معادلات در سطحی بسیار بالاتر از نظریه‌های کلاسیک، شامل قوانین نیوتن و قانون تهاجم و رد داد، که در دوره‌های بعد از آن در دنیای جزئیات کوانتومی، جای خود را به معادلات شرودینگر می‌دهند.
میدان الکتریکی و مغناطیسی
میدان الکتریکی و مغناطیسی دو مفهوم مهم در علوم فیزیک هستند. میدان الکتریکی، میدان حاصل از وجود بار الکتریکی است که در فضای اطراف آن ایجاد می‌شود. این میدان با حرکت بار الکتریکی یا تغییر در مقدار بار الکتریکی تولید می‌شود. شدت این میدان با برق گذاری بر روی بارهای الکتریکی قابل اندازه‌گیری است و واحد آن نیوتن بر کولوم است.
میدان مغناطیسی نیز میدان حاصل از حرکت بارهای الکتریکی است که در فضای اطراف آن خود را نشان می‌دهد. این میدان با جابجایی الکترن‌های ذرات برقی یا جریان الکتریکی تولید می‌شود. شدت این میدان با قرار گرفتن بر روی خطوط میدان مغناطیسی قابل اندازه‌گیری است و واحد آن تسلا می‌باشد.
میدان الکتریکی و میدان مغناطیسی به طور ترکیبی عوامل مهمی دارند، مانند آن‌ها که در ردیف الکترومغناطیسی و سئویی رشته‌های میدان تاثیر دارند. به عنوان مثال، میدان الکتریکی می‌تواند منجر به ایجاد میدان مغناطیسی شود و برعکس، میدان مغناطیسی نیز می‌تواند بر روی الکترن‌های ذرات برقی تاثیر بگذارد و میدان الکتریکی را ایجاد کند.
میدان الکتریکی و میدان مغناطیسی برای بسیاری از فرایندهای فیزیکی مهم هستند، مانند فرایندهای شیمیایی، فیزیک پلاسما، تولید نور در لامپ‌های الکتریکی و در سایر پدیده‌های فیزیکی مهم دیگر. به عنوان یک نمونه، جواب مغناطیسی، که به میدان مغناطیسی اطلاق می‌شود، برای کنترل حرکت اجسام و وسایل آرام مهم است و نیز در نظامهای نوین پویا از جمله یک موتور الکتریکی که میدان‌های الکتریکی و مغناطیسی منجر به حرکت می‌شود، استفاده می‌شود.
قوانین ماکسول
قوانین ماکسول، یک مجموعه اصول و مقررات است که برای حفظ نظم و امنیت در جامعه و مکان‌های عمومی به کار می‌رود. این قوانین به منظور پیشگیری از بروز مشکلات و تضادهای اجتماعی ایجاد شده است و برای جلوگیری از خطرات مختلف مانند حملات تروریستی، سرقت، رانندگی ناامن، تخریب و آسیب دیدن محیط زیست و غیره طراحی شده است.
مجموعه قوانین ماکسول شامل موضوعات مختلفی از جمله حمل و نقل عمومی، حفظ نظم و امنیت در مراکز خرید، رانندگی امن، حفظ سلامتی شهروندان، جلوگیری از آلودگی هوا و صدا، مدیریت پسماندها و بهره‌برداری از منابع طبیعی و غیره است.
بسیاری از مکان‌های عمومی مانند فرودگاه‌ها، ایستگاه‌های حمل و نقل عمومی، مراکز تجاری و شهرهای بزرگ، این قوانین را پیروی می‌کنند و به عنوان یک راهبرد حائز اهمیت در استفاده بهینه و ایمن از منابع و تسهیل‌های عمومی می‌باشد.
در نتیجه، رعایت قوانین ماکسول به عنوان یک مسئولیت اجتماعی مشترک و مراقبت از خود و دیگران و بهبود کیفیت زندگی شهروندان مهم است.
موج‌های الکترومغناطیسی
موج‌های الکترومغناطیسی یا EM waves، موج‌هایی هستند که توسط پارامترهایی از جمله فرکانس، طول موج و شدت میدان الکتریکی و مغناطیسی توصیف می‌شوند. در این موج‌ها، میدان الکتریکی و مغناطیسی به صورت موازی به یکدیگر عمل می‌کنند و دارای انرژی هستند که به صورت پیوسته از یک نقطه به نقطه دیگر جابه‌جا می‌شود.
منشا موج‌های الکترومغناطیسی انتشار یا پراکندگیِ میدان‌های الکتریکی و مغناطیسی است که توسط یک منبع ایجاد می‌شوند. منابع این موج‌ها از جمله میدان‌های مغناطیسی و الکتریکی در مواد الکتریکی، شاره‌های الکتریکی، اثر دوپلر و... هستند.
موج‌های الکترومغناطیسی دارای فرکانس‌های گوناگون هستند که در بین آن‌ها، طول موج و فرکانس با یکدیگر مرتبط هستند. این موج‌ها در محیط‌های مختلف، مانند هوا، آب و زمین قابل انتشار و شنود هستند. علاوه بر این، از مهمترین کاربردهای این موج‌ها، مواردی مانند برق‌رسانی بی‌سیم، ارسال داده‌ها، بر روی خودروها و هواپیماها به‌منظور تعیین موقعیت و نقشه‌برداری و همچنین در ارتباط با تلویزیون‌ها و رادیوهاست.
از ویژگی‌های دیگر این موج‌ها می‌توان به شیب داشتن، قطبش، نفوذپذیری بالا و مرفوعیت نسبی اشاره کرد. با توجه به مفهوم پایه‌ای و کاربرد بسیاری که دارند، مطالعه این موج‌ها از اهمیت بسیاری برخوردار هستند و در حوزه فیزیک و الکترونیک، مورد توجه و مطالعه قرار می‌گیرند.
الکترودینامیک استاتیک
الکترودینامیک استاتیک شاخه‌ای از فيزيک است که به مطالعه‌ی رفتار الکتريکی بارها و جریانها در سيستم‌های استاتيکی مي‌پردازد. در اين حالت، جریان بر روی اجسام وجود ندارد و اندازه و موقعيت بارها ثابت می‌ماند. در الکترودینامیک استاتیک، معادلات ماکسول بر مبنای اصول الکتریسیته و مغناطیس بررسی و تحلیل می‌شوند.
در الکترودینامیک استاتیک، بارهای الکتریکی به طور متناوب بر روی سطح بررسی می‌شوند. در اینجا، بردار الکتریکی با فرمول قطبی تعریف شده است و در نظرگرفته می‌شود که بارها در محیط خطی و همجن نگهداری شدهاند. اصول ماکسول برای پیش‌بینی جریانهای الکتریکی در فضاهای استاتیکی استفاده می‌شود. معمولاً، معادلات ماکسول به شکل تحلیلی در کلاس‌های الکتریسیته و مغناطیس انجام می‌شود.
الکترودینامیک استاتیک برای بررسی و تفسیر خروجی‌های سیستم‌های الکتریکی استفاده می‌شود. این شاخه از فيزیک در بسیاری از صنایع، از قبیل الکترونیک، ارتباطات، کنترل و ابزار دقیق، مورد استفاده قرار می‌گیرد. با استفاده از مفاهیم الکترودینامیک استاتیک، متخصصان می‌توانند سیستم‌های پیچیده‌ی الکتریکی را طراحی و بهبود بخشیدند.
در مجموع، الکترودینامیک استاتیک به بررسی رفتار الکتریکی در حالت استاتیک توجه دارد. این شاخه از فيزيک به طراحان و مهندسان در صنايع مختلف، از جمله ارتباطات، ابزار دقیق، کنترل و الکترونیک کمک می‌کند تا بتوانند سیستم‌های الکتریکی پیچیده‌ی خود را طراحی و تحلیل کنند.
تئوری بار
تئوری بار یکی از مفاهیم اساسی در رشته مکانیک سازه است که برای طراحی و تحلیل سازه‌ها مورد استفاده قرار می‌گیرد. بار در اینجا به معنی هرگونه بار یا نیرویی است که بر روی یک سازه اعمال می‌شود. این بار می‌تواند به صورت شدت برای بارهای ثابت و پویا بیان شود.
تئوری بار شامل سه نوع تحلیل است که به ترتیب به عنوان تئوری بارهای مستقیم، تئوری بارهای انحناء و تئوری بارهای شکل گیری شکستگی شناخته می‌شوند. تحلیل بارهای مستقیم شامل بارهای محوری، بارهای برشی و بارهای گشتاوری است. تئوری بارهای انحناء شامل بارهای انحنایی و تحلیل پایداری ستون های سربار خمشی است. در تئوری بارهای شکل گیری شکستگی، تحلیل شکستگی سطح دیسک خمشی و همچنین نحوه توزیع شدت شکستگی بر روی آن بررسی می‌شود.
تئوری بار در طراحی سازه‌ها بسیار مهم است. با استفاده از این تئوری، اکیداً به میزان بار و نیروهای مختلف اعمال شده روی سازه توجه می‌شود تا بتوان به صورت بهینه سازی و طراحی سازه‌های مقاوم و ایمن در برابر بارهای پویا و ثابت پیش رفت. به منظور تحلیل و طراحی سازه‌ها با استفاده از تئوری بار، از نرم افزارهای خاصی نظیر SAP2000 و ETABS استفاده می‌شود. این نرم‌افزارها توانایی تحلیل و طراحی سازه‌ها با توجه به مدل‌سازی و تئوری بارهای فوق الذکر را دارند.
در نهایت، با توجه به مهمیت تئوری بار در طراحی و ساخت سازه‌های مختلف، لازم است که کارشناسان مکانیک سازه دانش آموخته‌های کافی در این زمینه را داشته باشند. این دانش شامل فهم کامل از بارهای مستقیم، انحنایی و شکستگی، رویکردهای تحلیلی و خطی، بارگذاری و تعیین مقاومت سازه برای واکنش به بارهای پویا و ثابت است. از طریق دسترسی به اطلاعات کامل در این زمینه، کارشناسان مکانیک سازه می‌توانند به طور موثر برای ایجاد سازه‌های امن و مقاوم دوام بخش و پایدار بکار گیرند.