تلعب الكهرباء دورًا حاسمًا في الحياة اليومية، حيث تستخدم في تنوير المنازل وغسل الملابس وحفظ الطعام وتسهيل عمل الموظفين على الحاسوب وغيرها من الأمور الأساسية التي تحتاج إلى الكهرباء لتنفيذها بشكل صحيح، ويتطرق هذا المقال إلى مفهوم القوة الكهربائية في موسوعة.

تعريف القوة الكهربائية:

• تركز إسهامات الفيزيائي الفرنسي تشارلز كولوم في مجال الفيزياء المغناطيسية والكهربائية. تمكن كولوم من قياس مقدار القوة الكهربائية بين جسمين مشحونين باستخدام أداة اخترعها وهي ميزان الإلتواء، ولاحظ تنافر وجذب بين بعض الكرات، مما أدى إلى اختلاف الشحنة التي تحملها الكرات في التجربة. استنتج كولوم أن مقدار قوة التنافر أو التجاذب يتناسب عكسياً مع مربع المسافة بين مركز الكرتين.

خصائص القوة الكهربائية:

• تتناسب القوة الكهربائية بشكل طردي مع حاصل ضرب شحنتين.
• يتناسب مقدار القوة الكهربائية عكسيًا مع مربع المسافة بين جسمين مشحونين.
• قانون كولوم يكتب بشكل رياضي كالتالي: يتم حساب القوة الكهربائية بين شحنتين باستخدام القانون الكولومي، والذي يتضمن ثابت كولوم ومقداره 8.9875 × 10^9 نيوتن.م²/كولوم²، ويتم تمثيل القانون بالصيغة: ق=أ(ش1ش2)/ف²، حيث أ هو ثابت كولوم، وق هي القوة الكهربائية بالنيوتن، وش1 وش2 هي مقدار الشحنة الأولى والثانية بالكولوم، وف هي المسافة بين الشحنتين بالمتر.
• تحدث تنافر القوى عندما تكون شحنتين متشابهتين، إما موجبتين أو سالبتين.
• تتمثل القوة الجذابة بين شحنتين مختلفتين في أن إحداهما موجبة والأخرى سالبة.
• القوة الكهربائية تعتبر قوة محافظة.
• يعد قانون كولوم قانونًا تجريبيًا فريدًا لا يشتق من أي قانون آخر، وفي الفيزياء يستخدم مع الشحنات النقطية التي تمثل جسمًا صغيرًا جدًا بلا أبعاد ولا كتلة ولكن له شحنة كهربائية.

مثال على القوة الكهربائية:

• تعتبر القوة الكهربائية هي تلك القوة التي تحافظ على تماسك البنية، حيث تتجذب الإلكترونات السالبة نحو النواة الموجبة، وتكون النواة موجبة بسبب احتوائها على نيوترونات متعادلة وبروتونات موجبة، والمحصلة تكون موجبة. عند مقارنة قوة الجاذبية بين النواة والإلكترونات، فإن القوة تكون ضئيلة للغاية نظرًا لصغر كتلة النواة والإلكترونات، ولكن يكون مقدار القوة الكهربائية بينهما أكبر بكثير من مقدار الجاذبية، وبالتالي، تلعب القوة الكهربائية دورًا في الحفاظ على تركيب الذرة.

مفاهيم كهربائية شائعة:

• شحنة كهربائية: الشحنة هي خاصية توجد في عدد من الجسيمات الغير ذرية، وتؤدي إلى توليد القوة الكهرومغناطيسية والتفاعل معها، وتعتبر القوة الكهرومغناطيسية إحدى القوى الأربعة الأساسية في الطبيعة. تظهر الشحنة في الذرة نتيجة وجود البروتونات والإلكترونات فيها، حيث تمثل كمية مخزنة من الشحنة، وتبقى الشحنة ثابتة في النظام المعزول مهما حدثت التغييرات داخل هذا النظام. ويمكن نقل الشحنة بين الأجسام في النظام سواء عن طريق الاتصال المباشر أو عن طريق المواد الموصلة مثل الأسلاك.
• مجال كهربائي:  ينشأ المجال الكهربائي نتيجةً للجسم المشحون في الفضاء المحيط به، حيث يتأثر الشحنات الموجودة في المجال بتلك القوة، ويعمل المجال الكهربائي بين الشحنتين بنفس الطريقة التي يعمل بها مجال الجاذبية بين الجسمين، ويمتد المجال الكهربائي بشكل لا نهائي كما يحدث مع مجال الجاذبية، وتتناسب العلاقة بالتربيع العكسي للمسافة.
• جهد كهربائي: الجهد الكهربائي له ارتباط وثيق بالمجال الكهربائي، حيث تتعرض الشحنة الصغيرة في المجال الكهربائي لقوة، ويتطلب نقل الشحنة إلى نقطة مضادة للقوة من أجل العمل. والجهد الكهربائي هو الطاقة اللازمة لنقل وحدة الشحنة الاختبارية ببطء من نقطة لا نهائية إلى تلك النقطة، ويتم قياس الجهد الكهربائي بالفولت، ويمثل الجهد الذي يُستخدم لنقل كولوم واحد من الشحنة الكهربائية اللانهائية، ويتم قياس فرق الجهد الكهربائي بالفولت، ويمثل الطاقة اللازمة لتحريك وحدة الشحنة بين النقطتين المحددتين. ويتميز المجال الكهربائي بالحفاظ على مستوى الجهد الكهربائي.
• تيار كهربائي: التيار الكهربائي هو حركة الشحنة الكهربائية، ويقاس بالأمبير، ويتألف من جسيمات متحركة ومشحونة، حيث تتواجد الإلكترونات بين تلك الجسيمات، وأي حركة للشحنة الكهربائية قد تكون تيارًا كهربائيًا، ويعني التيار الموجب الذي يتدفق في نفس الاتجاه الذي تتدفق فيه أي شحنة موجبة يحملها، أو أنه التيار المتدفق من الطرف السالب الأقصى في الدائرة الكهربائية إلى الطرف الموجب الأقصى فيها، ويسمى هذا التيار بالتيار الاصطلاحي. وتكون حركة الإلكترونات السالبة حول الدائرة الكهربائية موجبة بالاتجاه الذي يقابل اتجاه الإلكترونات، ويتألف التيار الكهربائي من تدفق الجسيمات المشحونة في كلا الاتجاهين أو في اتجاه واحد في نفس الوقت.