بحث عن المجال الكهربائي
يقدم موقع موسوعة في هذا المقال بحثا عن المجال الكهربائي الذي يُعرَف في الفيزياء على أنه التأثير الذي ينتج عن الشحنات الكهربائية أو المجالات المغناطيسية المتغيرة، حيث يتأثر الأجسام المشحونة بالمجال بقوة، وقد تم اكتشاف الظواهر الكهربائية منذ العهود اليونانية القديمة، حيث لاحظوا أن تدليك الأجسام يؤدي إلى توليد الكهرباء بها واكتسابها للشحنات الكهربائية، وتم تصنيف الأجسام المشحونة بالكهرباء على أنها موجبة الشحنة.
يتعلق هذا المفهوم الفيزيائي بكل نقطة في الفضاء المحيط بأي جسم مشحون أو شحنة، ويتمثل في تفسير القوة الكهربائية التي تؤثر بين الشحنات الكهربائية، حيث يجب إدراج هذا المفهوم لتفسير تلك القوة الكهربائية التي لا تتطلب الاتصال المباشر بين الشحنتين. وبفهم اتجاه ومقدار المجال الكهربائي دون الحاجة للكشف عن مصدره، يمكن تحديد تأثيره على الشحنة أو الجسم المشحون الموجود في هذا المجال الكهربائي.
بحث عن المجال الكهربائي
- يمكن تحديد المجال الكهربي عن طريق الاعتماد على حقيقة مؤكدة تقول إن القوة التي تتبادل بين الشحنات المتشابهة كهربياً تكون عبارة عن قوى متنافرة.
- إذا كانت الشحنات متماثلة في النوع، مثل الشحنات الموجبة مع الشحنات الموجبة، أو الشحنات السالبة مع الشحنات السالبة، فسوف تتنافر وتتباعد عن بعضها البعض.
- تعرف الشحنات المتبادلة بين الشحنات المختلفة باسم قوة التقارب والتجاذب، حيث تعني أن الشحنات الغير متماثلة مثل الشحنة السالبة والموجبة تتجاذب فيما بينها تلقائيًا.
- من خلال استخدام شحنات الاختبار والاستفادة من المعلومات السابقة، يمكن تحديد المجالات الكهربائية للشحنات، وذلك بتتبع حركة الشحنة عند وضعها في مجال كهربائي معين.
- بالإضافة إلى أن شحنة الاختبار تمتلك قدرة صغيرة جدًا لتجنب تأثير مجال الشحنة على المجال المراد البحث عنه، حتى يصبح شحن الاختبار موجبًا بشكل دائم.
حجم المجال الكهربائي
- في الفقرة التالية، نوضح قوة المجال الكهربائي وحجمه، والذي يحدث تفاعلًا مباشرًا بين شحنتين كهربائيتين تتواجد كل منهما على بعد من الأخرى، وتُعتبر الشحنة الواحدة مصدرًا للمجال الكهربائي الذي يمتد إلى الخارج في الفضاء المحيط، كما أن القوة التي تمارسها الشحنة على أخرى في ذلك الفضاء تمثل تفاعلًا مباشرًا بين المجال الكهربائي والشحنة الثانية.
- تعتمد قوة المجال الكهربائي على شحنة المصدر، وليس على شحنة الاختبار، وبالتحديد، إذا تم إدخال شحنة صغيرة للاختبار، فسيكون لها مجال كهربائي خاص بها يعادل المجال الحالي الكهربائي، ويمكن اعتبار المجال الكهربائي قوة لكل وحدة من الوحدات الموجبة التي يتم ممارستها من قبل تأثير المجال بوجود شحنة الاختبار.
خطوط المجال الكهربائي
- تعرف خطوط المجال الكهربائي بأنها خطوط وهمية تمثل المسارات التي ستسلكها تلك الشحنات في الاختبار، وتوضع في الحيز الخاص بمجال شحنة كهربائية ما، مع تحديد عددها واتجاهها، وعلى الرغم من ذلك فإنها تختلف حسب مقدار الشحنة ونوعها وبعد النقطة التي تريد دراسة خطوط المجال التابعة لها.
- بالإضافة إلى استخدام شحنة اختبار موجبة لتحديد اتجاه المجال الكهربائي، يجب معرفة أن اتجاه المجال الكهربائي للشحنات الموجبة يكون بعيدًا عن تلك الشحنة، وذلك لأن قوة التنافر بين تلك الشحنتين الموجبتين تولد قوة بينهما.
تجربة خطوط المجال الكهربائي
وفيما يلي نذكر خصائص خطوط المجال الكهربائي التي تم الوصول إليها بعد دراستها واختبارها:
- هي خطوط غير مرئية ووهمية.
- عند وضع شحنة موجبة داخل المجال الكهربائي، فإن تأثير المجال الكهربائي على الشحنة يكون كبيرًا، مما يؤدي إلى تحركها باتجاه المجال الكهربائي والخطوط التابعة له.
- غالبًا ما تكون هذه الخطوط خارجة من الشحنات الموجبة وداخلة في الشحنات السالبة.
- إذا لم تتقاطع خطوط المجال الكهربائي بأي شكل، فإن عدم وجود تلك التقاطعات يعني أن المجال الكهربائي يتجه في نفس الاتجاه في نقطة التقاطع، وإذا تقاطعت الخطوط فإن ذلك سوف يؤدي إلى وجود اتجاهين للمجال الكهربائي في نقطة التقاطع، وستكون لنقطة التقاطع قيمتان، وهذا لا يمكن تصحيحه في أي وقت.
- يتناسب عدد الخطوط في المجال الكهربائي بشكل كبير مع مقدار القوة فيه، إذ تكون الخطوط أكثر كثافة عندما يكون المجال الكهربائي أقوى، وهذا يعني أنه يمكن اختراق سطح ما في هذه الحالة، وستصبح الخطوط أقل كثافة كلما زادت قوة المجال الكهربائي، وفي النهاية ستصبح منفصلة ومتباعدة عن بعضها البعض في حالة ضعف المجال الكهربائي للغاية.
- كلما اقتربنا من الشحنة الكهربائية زادت قوة المجال الكهربي وشدته، وبالتالي زادت كثافة خطوط المجال الكهربي، ولكن عند الابتعاد عن الشحنة الكهربائية يصبح شدة المجال الكهربي أقل، مما يؤدي إلى تقليل كثافة الخطوط الجوية.
شدة المجال الكهربائي بين لوحين
- المجال الكهربي المنتظم هو المجال الذي يتولد بين لوحين مشحونين بشحنات مختلفة، حيث يكون اللوح الأول موجبًا والثاني سالبًا، وبذلك يتجه المجال المنتظم باتجاه واحد، حيث يتم جذب الشحنات السالبة من اللوح الأول إلى اللوح الثاني، وهذا يسمى بالمجال الكهربي المنتظم.
- وهذا يختلف عن المجال الكهربي غير المنتظم، حيث يتم توليد مجال يتجه إما للأسفل أو للأعلى، ويمكن أن يكون إما لليمين أو اليسار، وهو العكس تماماً للمجال المنتظم الذي يكون اتجاهه واحدًا فقط.
هل المجال الكهربائي كمية متجهة أم قياسية
- المجال الكهربائي هو كمية متجهة تتناسب مع قوة كل وحدة شحنة، ووفقًا لأنظمة الكيلوجرام، تكون الوحدات المتناسبة معها عبارة عن نيوتن واحد لكل كولوم، وهو ما يعادل فولت واحد لكل متر. وفي النظام المعتمد، يتم التعبير عن المجال الكهربائي بوحدة السنتيمتر، جرام، الثانية، وبوحدة الديناميات الكهربائية لكل إلكتروستاتيك، وهو ما يعادل عدد المساعدين بالسنتيمتر.
عند دراسة مجال الكهرباء، يشير هذا المصطلح إلى نقطة في الفضاء المحيط بالشحنة الكهربائية، عند وضع شحنة كهربائية أخرى في هذه النقطة، سيتأثر المجال الكهربائي بالقوى الكهربائية. وبما أن القوة هي كمية متجهة، فإن المجال الكهربائي هو كمية متجهة ذات اتجاه ومقدار. وتعريف المجال الكهربائي هو المجال الكهربائي المتواجد في نقطة محددة والناتج عن الشحنات الموجبة في الاتجاه الخارجي.
المراجع
