يتناول هذا المقال على موسوعتنا موضوع توليد المجالات الكهربائية وقياسها. حيث يعد المجال الكهربائي من المفاهيم الفيزيائية المتعلقة بالنقاط الموجودة في الفضاء المحيط بأي جسم مشحون، ويتعلق بتفسير القوة الكهربائية بين الشحنات. وسنوفر في هذا المقال مزيدًا من المعلومات والتفاصيل حول المجالات الكهربائية وطرق قياسها.
بحث عن توليد المجالات الكهربائية وقياسها و تعريف المجال الكهربائي
- المجال الكهربائي هو المجال الذي يحيط بالأجسام المشحونة، ويتولد منه القوة الكهربائية التي تنجز شغلًا، وتنتج عنه نقل الطاقة إلى الأجسام المشحونة الأخرى. وتتناسب القوة الكهربائية بشكل عكسي مع مربع المسافة التي تفصل بين الجسمين النقطيين المشحونين، ويجب أن تكون الشحنة صغيرة وموجبة لعدم التأثير على الشحنات الأخرى التي تستخدم تلك الشحنة الصغيرة الموجبة لقياس المجالات الكهربائية.
- يمكن تعريف المجالات الكهربائية بأنها الحيز الذي يظهر فيه تأثير القوة الكهربائية، ويعد المجال الكهربائي مثل غيره من المجالات غير المرئية ولا يمكن إدراكه إلا من خلال تأثيره، وقام العالم فارادي بتمثيل المجال الكهربائي باتجاه ومقدار من خلال خطوط القوى الكهربائية التي يؤثر المجال بها على وحدة الشحنة الكهربائية الموجبة الحرة في حركتها بالمجال.
تعريف المجال الكهربائي المنتظم
- تعبر المجالات الكهربائية المنتظمة عن المجالات الكهربائية التي يتم إنتاجها بين صحيفتين شحنتهما مختلفة، حيث تحمل كل صحيفة شحنة مختلفة عن الأخرى وتكون إحداهما موجبة والأخرى سالبة، ويكون اتجاه المجال الكهربائي المنتظم من الصحيفة التي تحمل الشحنة السالبة إلى الصحيفة التي تحمل الشحنة الموجبة. ويختلف المجال الكهربائي المنتظم عن المجالات الكهربائية غير المنتظمة، حيث تنطبق على خطوط المجال الكهربائي المنتظم كل خصائص خطوط المجال الكهربائي غير المنتظم باستثناء أنه يتميز بثبات الاتجاه والمقدار.
شدة المجال الكهربائي
- يحدد قانون شدة المجال الكهربائي شدة المجال الكهربائي بأنها تكون متناسبة مع قوة الشحنة الموجبة التي تتأثر بها شحنة الاختبار، مقسومة على كتلتها.
- يتم قياس الكتلة بالنيوتن، والشحنة بالكولوم، ويتم قياس الشدة بالنيوتن/الكولوم.
- تتحرك المجالات الكهربائية في نفس اتجاه القوة المؤثرة على شحنة الاختبار الموجبة، ويتم قياس شدة المجالات الكهربائية بوحدة النيوتن كولوم، ويتم استخدام طول السهم للدلالة على شدة المجال، واتجاه السهم للدلالة على اتجاه المجال.
- يشير هذا المصطلح إلى القوة التي تؤثر على شحنة الاختبار، وتقاس بالمقدار والاتجاه، وهي عبارة عن كمية متجهة.
علامة المجال الكهربائي الرياضية
- علامة الرياضية للمجال الكهربائي هي E.
اتجاه المجال الكهربائي
- اتجاه المجال الكهربائي الذي يؤثر على الشحنة الموجبة هو نفسه اتجاه القوة.
- اتجاه المجال الذي يؤثر على الشحنة السالبة يدخل في ذات اتجاه القوة.
- يتم تحديد اتجاه المجال الكهربائي عن طريق استخدام مبدأ أن القوة بين الشحنات المتشابهة تكون قوة تنافر، حيث تتباعد الشحنات المتشابهة في النوع عن بعضها البعض، وأن القوة بين الشحنات المختلفة تكون قوة تجاذب، حيث تقترب الشحنات المختلفة في النوع من بعضها. ويمكن تحديد مجال الشحنات المهربائي باستخدام شحنة اختبار، من خلال النظر إلى اتجاه حركة تلك الشحنة عند وضعها في المجال الكهربائي لشحنة معينة، وتكون شحنة الاختبار إيجابية دائمًا، ويتم استخدام شحنة اختبار بقدر ضغير للغاية لعدم التأثير على مجال الشحنة المراد دراستها.
العوامل المؤثرة على المجال الكهربائي
- تؤثر قوة معينة على شحنة الاختبار.
- موضع شحنة الاختبار في المجال.
- لا تعتمد شدة المجالات الكهربائية على مقدار شحنة الاختبار.
القوة التي تنتج عن المجال الكهربائي
- توصف القوة الكهربائية التي يؤثر بها مجال كهربائي على أي شحنة وضعت في النقطة الداخلية.
- تعتمد قوة المجال الكهربائي على مقدار الشحنة الموجودة فيه وشدة المجالات الكهربائية الأخرى التي تؤثر عليه.
- العوامل التي تؤثر على اتجاه القوة هي نوع الشحنة الموجودة في المجال، واتجاه المجالات الكهربائية.
جهاز روبرت فان دي جراف
- آلية العمل: هو جهاز يقوم بنقل شحنات كهربائية كبيرة، حيث تنتقل هذه الشحنات من الحزام إلى القبة الفلزية في الأعلى، ويتم شحن الشخص كهربائيًا عندما يلمس قبة المولد.
- تتسبب هذه الشحنات في تنافر شعر الفرد وتفريقه عن بعضه.
- تُعدُّ خطوط المجالات الكهربائية خطوطًا وهمية لا توجد في الواقع، ولكنها تُستخدم لتمثيل المجالات الكهربائية.
مثال على المجال الكهربائي
- الطاقة الكهربائية هي الطاقة المخزَّنة في الشحنة عندما يتم إبعادها عن الشحنة المتضادة لها، ويتم تحديدها بوحدة الجول.
- ويتم قياسها يوحدة الجول.
- تتمثل فائدة هذه الظاهرة في زيادة طاقة الوضع الكهربائية المخزنة في الشحنة عندما يزداد مقدار الشحنة، أو عندما تتحرك الشحنة باتجاه مخالف لاتجاه القوة.
