محتويات
ماذا يسمى الحيز الذي يحيط بالشحنة وتظهر فيه آثار القوة الكهربائية
يسمى الحيز الذي يحيط بالشحنة وتظهر فيه آثار القوة الكهربائية بالمجال الكهربائي.
يمثّل المجال الكهربائي علاقة الجسم المشحون بأي نقطة في الفضاء المحيط به مهما كان شكل هذا الجسم، مما يستخدم للدلالة على حجم واتجاه هذا المجال الكهربائي ويرمز له بالرمز E ويطلق عليها اسم شدة المجال الكهربائي أو شدة الحقل الكهربائي وتقاس بالعلاقة الرياضية التالية (F=E/S)، حيث إنّ F هي قوة الحقل الكهربائي و Eهي المجال الكهربائي أما S فهي مقدار الشحنة. [1]
هل المجال الكهربائي كمية متجهة ام قياسية
هل المجال الكهربائي كمية متجهة ام قياسية؟ الإجابة أنّ المجال الكهربائي يمثّل كمية متجهة.
لا يمثّل المجال الكهربائي قيمة عددية قابلة للقياس بالأرقام بل بالاتجاهات، أما اتجاه المجال الكهربائي فهو الاتجاه الفعلي للقوة المؤثرة على الشحنة المركزية للحقل الكهربائي وهي شحنة موجبة أو سالبة حكماً، بحيث يتجه هذا المجال منها بشكل شعاعي نحو الخارج إذا كانت شحنة الجسم موجبة، ويكون اتجاه شعاع الحقل الكهربائي نحو الداخل إذا كانت شحنة الجسم سالبة. [2]
توليد المجالات الكهربائية وقياسها
يمكن إنشاء مجال كهربائي عبر جسم مشحون بشحنة كهربائية، وقياس المجال الكهربائي غايته الاطلاع على قوة الجسم المشحون في كافة النقاط من الفضاء حول الشحنة.
نستنتج من المجال الكهربائي أن توزيع الشحنة قد ينجم عن نقطة مشحونة واحدة أو أن يكون التوزيع للشحنة معقداً، فالمجال الكهربائي سوف يتجه نحو الفضاء لتوزيع الشحنة، وفي هذا المجال يمكن أن يتم وضع شحنة اختبار ولنفترض أنها شحنة صغيرة موجبة وبالتالي لن يكون لها تأثير كبير في ميدان توليد المجال الكهربائي، ويقتصر التأثير للمجال في اتجاه قوة تأثير شحنة الاختبار.
يمكن لهذه القوة أن تتناسب بشكل طردي مع الشحنة من خلال ما تتم ملاحظته أثناء مضاعفة قوة شحنة الاختبار فبالمقابل ستتضاعف تأثيرها على المجال الكهربائي، مما يحسب رياضياً بالمعادلة: (E=F/Q)، وبالتالي يمكن ملاحظة أن المجال الكهربائي سيتجه بنفس اتجاه شحنة الاختبار الإيجابية “القوة المؤثرة”.
وفي حال أنشأنا المجال الكهربائي عبر شحنة متعددة النقاط، فسيكون بالإمكان قياس القوة بين هذه النقطة المشحونة Q وشحنة الاختبار مما يقاس عبر قانون كولوم وفق المعادلة F= (k*Q) /r2 ، حيث استخدمت القيمة المطلقة لأن ما يتم قياسه هو حجم القوة، أي أننا من خلال المعادلة السابقة سنكون قادرين على تحديد حجم المجال الكهربائي المار عبر الشحنة Q النقطية، وأنّ المسافة r تعني طول المجال من مركز الشحنة حتى نقطة ما في المجال.
ومن خلال التجربة نجد أن اتجاه أسهم أو أشعة الحقل الكهربائي محكوم بنوع الشحنة (سالبة أو موجبة) أما قوته فمحكومة بالمسافة الفاصلة بين مركز الشحنة ونقطة قياس قوة الشحنة بالفضاء، وكلما كانت النقطة أقرب إلى مركز الشحنة كان تأثر المجال الكهربائي أكبر، وهو ما يفصله قانون كولوم: (تتناسب قوة تجاذب أو تنافر الشحنات في الفضاء بشكل طردي مع القيمة المطلقة لجداء الشحنات، وبشكل عكسي مع بعد الشحنتين عن بعضهما البعض). [3]
أنواع المجال الكهربائي
- المجال الموحّد.
- المَجال غير المنتظم.
- المَجَال السّاكن.
- المجَاْل المتغير بمرور الوقت.
تتعدد المجالات الكهربائية وتتنوع بحسب اتجاهات خطوط أو أشعة المجال الكهربائي الناجمة عن الجسم المشحون، كما يتم تمييزها عن بعضها البعض على أساس شدة هذه المجالات ضمن نقاط معينة أو على أساس مدى ثبوتها وحركتها مع مرور الوقت، وهي عموماً كما يلي:
المجال الموحّد: عبارة عن مجال كهربائي قوته ثابتة ومتساوية في كافة النقاط التي تقع ضمن المجال مهما كانت مسافتها أو بعدها عن مركز الجسم المشحون.
المَجال غير المنتظم: عبارة عن مجال كهربائي لا تتساوى قوة أو شدة المجال الكهربائي بين نقاطه أو النقاط المتوفرة في فيه، بل أن كل نقطة من نقاطه لها شدة مجال خاصة بها.
المَجَال السّاكن: عبارة عن المجال الكهربائي الذي تثبت قوته وشدته مع مرور الوقت دون أي تغيير، وهو ما ينجم عادةً عن الشحنات الكهربائية الساكنة فقط لا غير.
المجَاْل المتغير بمرور الوقت: وهو المجال الذي يمكن أن تتحول قيمته أو شدته من وقت إلى آخر، وذلك تباعاً لتبدل قوة الشحنة الأساسية المسببة لوجوده. [4]
ما هي خصائص المجال الكهربائي
- خطوط المجال الكهربائي.
- العلاقة بقوة الشحنة.
- علاقة عدد خطوط المجال بحجم الشحنة.
- اتجاه المجال الكهربائي.
إنّ أي مجال كهربائي مهما كان نوعه سوف يتميز بمجموعة من الخصائص التي تجتمع بها كافة أنواع المجال الكهربائي، وهي كثيرة لكن يتم بما يلي ذكر أبرزها:
خطوط المجال الكهربائي: القاعدة العامة أن خطوط المجال الكهربائي قطرية متوازية ولها اتجاه محدد، وبالتالي لا يمكن أن تتقاطع بشكل نهائي، لكنها سوف تتعامد مع الشحنات السطحية.
العلاقة بقوة الشحنة: كلما كان المجال الكهربائي مشحون بشكل أقوى كانت خطوط المجال متقاربة إلى بعضها البعض، والعكس بالعكس إذا كان المجال الكهربائي ضعيفاً حيث تتباعد.
علاقة عدد خطوط المجال بحجم الشحنة: توجد علاقة طردية بين عدد خطوط المجال الكهربائي وحجم الشحنة المركزية المضمونة بالجسيم المشحون، فتزداد بارتفاعها وتنقص بنقصها.
اتجاه المجال الكهربائي: يبدأ الخط من الشحنة الموجبة وينتهي إلى الشحنة السالبة، وبالتالي يكون الاتجاه “إلى الداخل مع الأجسام السالبة وإلى الخارج مع الأجسام الموجبة”، لكن في حال كانت الشحنة فردية فستبدأ وتتجه إلى ما لا نهاية أو بالعكس بحسب الشحنة، أي أنّ منحنيات خط المجال الكهربائي ستكون مستمرة ضمن المناطق الخالية من الشحن. [5]
