مقدمة في النظرية الكهرومغناطيسية

يتناول الكتاب شرحا وافيا ومبسطا لأساسيات النظرية الكهرومغناطيسية، مبتدأ من قانون كولولوم وقانون اورستد وحتى معادلات ماكسويل، ويعرض التطبيقات العملية لهذه القوانين وطرق استخدامها في مجالات نقل الطاقة الكهرومغناطيسية عبر الأوساط المادية، وعبر الإتصالات المسخدمة في عصرالتكنولوجيا الحالي. كما يتناول التدريبات النظرية في مجالات الهندسة الكهربية، وذلك من خلال تدريب الطلاب على حلول المسائل الفيزيائية والرياضية المتعلقة بمسائل في هذا المجال، مما يساعدهم في فهم وتحليل وتحسين قدراتهم الإبداعية.

نقدم هذا الكتاب ليكون مرجعاً ومقرراً لمادة الفيزياء في تخصص الهندسة الكهربية والإلكترونية لطلبة المرحلة الجامعية الأولي. وحتي يتمكن الطالب من الفهم العميق للمفردات والمفاهيم العلمية فقد تم عرض المادة العلمية بأسلوب المحاضرات الصفية وبلغة عربية، مع الحفاظ علي الصيغة الرياضية للمعادلات بالحروف اللاتينية وفق الترميز العلمي العالمي. وهذا يعطي الطالب فرصة لمتابعة المادة العلمية في المراجع العلمية المختلفة، كما يسهل عليه حل المسائل العلمية ذات العلاقة.

ونظراً لأهمية دور النظرية الكهرومغناطيسية في هذا التخصص، فقد تناول هذا الكتاب شرحاً مبسطاً لأساسيات هذه النظرية وقوانينها العلمية والتي يحتاجها طالب الهندسة الكهربية خلال الممارسة العملية لبناء الأجهزة وتصميم الدوائر الكهربية المختلفة. وقدر الإمكان، تم تجنب العمليات الرياضية المعقدة عند عرض إشتقاق القوانين الفيزيائية، مما يساعد في عدم تشتيت فكر الطالب. كما يركز هذا الكتاب علي الأفكار العلمية المهمة في المجالات الإبداعية.

في هذا الكتاب، يتناول الفصل الأول تحليل وجبر المتجهات، والتي تعتبر ضرورة لفهم القوانين المتعلقة بمفاهيم المجالات الكهربية والمغناطيسية ولإكتساب مهارة الربط بين هذه المفاهيم والتعامل معها في حل المسائل العلمية التطبيقية للنظم الإحداثية المختلفة. كما تناول الفصل الثاني والثالث شرحاً مبسطاً لمفاهيم ونظريات المجال الكهربي الساكن، وتقديم خصائص هذا المجال في الأوساط المادية العازلة وتغير سلوك خطوط هذا المجال عند السطوح الفاصلة بين هذه الأوساط المختلفة.

بينما في الفصل الرابع، تمت دراسة التأثير المغناطيسي لتوزيعات تيارية كهربية متنوعة، وعرض الطرق الرياضية اللازمة لحل المسائل المتعلقة بحساب هذا التأثير. كما تناول الفصل الخامس الخصائص المغناطيسية للمواد وتفاعلها مع المجال المغناطيسي الخارجي، فيما يعرف بظاهرة الإستقطاب المغناطيسي، كما تم عرض سلوك خطوط المجال المغناطيسي داخل وخارج الأوساط المغناطيسية.

وفي الفصل السادس، عرضت العلاقة بين المجالات الكهربية والمغناطيسية المتغيرة زمنياً، وتم تناول ظاهرة الحث الكهرومغناطيسي والتي هي أساسيات ومبادئ عمل المحولات والمحركات الكهربية وغيرها من التطبيقات العملية للنظرية الكهرومغناطيسية. أما حجر الزاوية في النظرية الكهرومغناطيسية، معادلات ماكسويل، فقد تم عرضه في الفصل السابع من هذا الكتاب، حيث تم تقديم المفاهيم الأساسية للموجات الكهرومغناطيسية وخصائص انتقالها في الفراغ والأوساط المادية المختلفة.

كما تناول الفصل الثامن المبادئ الأساسية لنقل الطاقة عبر خطوط النقل المتنوعة، كما تم توضيح المشابهة بين نظرية الدائرة الكهربية ونظرية المجال. وفي هذا الفصل، تم شرح مخطط (خارطة) سميث و التي هي أساس العمل لنظريات خطوط النقل الكهربية. حيث تم عرض طريقة استخدام هذه الخارطة من أجل تحديد وتحسين جودة خطوط النقل المذكورة. حيث لا يمكن لطالب الهندسة الكهربية الإستغناء عنها كأداة مهمة أثناء دراسته و في عمله الميداني.

أما في الفصل التاسع، فقد تم تقديم المبادئ الأساسية لعمل مرشدات الأمواج الكهرومغناطيسية بأنواعها المختلفة، مرشدات الموجات معدنية الجدران ذات الألواح المتوازية، ومرشدات الموجات العازلة. كما عرض هذا الفصل مدى سماحية هذه المرشدات لنقل هذه الموجات عبر محورها، وذلك بدراسة تردد القطع للأنماط المختلفة من هذه الموجات. في الفصل العاشر، تم تقديم وشرح مبدأ عمل الأنواع المختلفة من الهوائيات المستخدمة في البث الإشعاعي. وكمثال على ذلك: تم تناول كيفية حساب القدرة المشعة من ثنائي القطب الكهربي والمغناطيسي والناتجة عن مرور توزيعات تيارية متغيرة مع الزمن في موصل معدني قصير وطويل.