Electricity and Magnetism

الکترومغناطیس برای درک ما از خواص ماده اساسی است و با این حال اغلب به عنوان بخش دشواری از دوره فیزیک در مقطع کارشناسی ارشد در نظر گرفته می شود. در این کتاب پاسخ هایی از اصول اولیه به سوالاتی مانند: الکتریسیته چیست؟ الکترومغناطیس چیست؟ چرا برخی از مواد مغناطیسی و برخی دیگر غیر مغناطیسی هستند؟ مغناطیس چیست؟ فیزیک به دو روش مرتبط به این سؤالات پاسخ می دهد. از یک سو، توضیح کلاسیک از نظر مفاهیم کلاسیک است: بار الکتریکی q، میدان های الکتریکی و مغناطیسی (E و B) و جریان های الکتریکی. از سوی دیگر، توضیح میکروسکوپی (یا "اتمی") از نظر مفاهیم کوانتومی است: الکترون ها، هسته ها، مدارهای الکترون در اتم ها، اسپین الکترون و فوتون ها. توضیحات میکروسکوپی زیربنای توضیحات کلاسیک است، اما آنها را رد نمی کند. پیروزی های بزرگ فیزیک کلاسیک مکانیک، گرانش، ترمودینامیک، الکترومغناطیس و نسبیت است. از نظر تاریخی آنها در زمان نیوتن (قرن هفدهم) شروع شدند و توسط ماکسول (قرن نوزدهم) و انیشتین (اوایل قرن بیستم) تکمیل شدند. توضیحات میکروسکوپی با کشف الکترون توسط جی جی تامسون در سال 1897 آغاز شد. برای بیشتر پدیده های فیزیکی، بهتر است ابتدا به دنبال توضیح کلاسیک باشیم، به ویژه پدیده هایی در دمای اتاق یا انرژی کم، زمانی که اثرات کوانتومی کوچک هستند. اگرچه این متن عمدتاً به توضیحات کلاسیک در یک توالی منطقی و خودسازگار می پردازد، اما در هر مرحله به توضیحات میکروسکوپی (کوانتومی) مربوط می شود.

Electromagnetism is basic to our understanding of the properties of matter and yet is often regarded as a difficult part of an under­ graduate physics course. In this book answers are developed from first principles to such questions as: What is electricity? What is electromagnetism? Why are some materials magnetic and others non-magnetic? What is magnetism? Physics answers these questions in two related ways. On the one hand the classical explanation is in terms of classical concepts: electric charge q, electric and magnetic fields (E and B) and electric currents. On the other hand the microscopic (or 'atomic ') explanation is in terms of quantum concepts: electrons, nuclei, electron orbits in atoms, electron spin and photons. Microscopic explanations underlie classical ones, but do not deny them. The great triumphs of classical physics are mechanics, gravitation, thermodynamics, electromagnetism and relativity. Historically they began at the time of Newton (seventeenth century) and were completed by Maxwell (nineteenth century) and Einstein (early twentieth century). Microscopic explanations began with J J. Thomson's discovery of the electron in 1897. For most physical phenomena it is best to seek a classical explanation first, especially phenomena at room temperature, or low energy, when quantum effects are small. Although this text is primarily concerned with classical explanations in a logical, self-consistent sequence, they are related to microscopic (quantum) explanations at each stage.