وحدة قياس المجال الكهربائي: قانونها .. رموزها ومسائل عنها

محتويات

وحدة قياس المجال الكهربائي

وحدة قياس المجال الكهربائي هي فولت لكل متر (V/m) أو نيوتن لكل كولوم (N/C) . يمكن حسابه من خلال العلاقة بين القوة والشحنة، ويُقاس بوحدات فولت لكل متر (ف/م).

قانون المجال الكهربائي العام

يتم تعريف المجال الكهربائي (\vec{E}) في نقطة ما في الفضاء على النحو التالي:

$E = q F$

حيث:

(\vec{E}) هو المجال الكهربائي (وحدته: فولت/متر، V/m).
(\vec{F}) هي القوة المؤثرة على الشحنة الاختبارية (وحدتها: نيوتن، N).
(q) هي الشحنة الاختبارية (وحدتها: كولوم، C).

قانون المجال الكهربائي الناشئ عن شحنة نقطية

عندما تكون لدينا شحنة نقطية (Q)، فإن المجال الكهربائي الناشئ عنها في نقطة تبعد عنها مسافة (r) يكون:

$E = r ^{2} k ^{e} ∣ Q ∣$

حيث:

(E) هو المجال الكهربائي (وحدته: فولت/متر، V/m).
(k_e) هو ثابت كولوم (وحدته: (\text{N·m}^2/\text{C}^2))، قيمته تقريبًا (9 \times 10^9 , \text{N·m}^2/\text{C}^2).
(|Q|) هو مقدار الشحنة (وحدته: كولوم، C).
(r) هو المسافة بين الشحنة والنقطة التي نقيس فيها المجال (وحدته: متر، m).
(r) هو المسافة بين الشحنة والنقطة التي نقيس فيها المجال (وحدته: متر، m).

رموز المجال الكهربائي:

(\vec{E}) أو (E): يمثل المجال الكهربائي.
(\vec{F}): يمثل القوة المؤثرة على الشحنة الاختبارية.
(q): الشحنة الاختبارية.
(Q): الشحنة المولدة للمجال الكهربائي.
(r): المسافة بين الشحنة والموقع الذي نريد قياس المجال فيه.
(k_e): ثابت كولوم.

مسائل على المجال الكهربائي:

المسألة 1: حساب المجال الكهربائي الناتج عن شحنة نقطية

سؤال: ما هو المجال الكهربائي الناتج عن شحنة نقطية قدرها (Q = +5 , \mu C) (أي (Q = 5 \times 10^{-6} , C)) في نقطة تبعد عنها (r = 2 , m)؟

الحل: نستخدم القانون: $E = r ^{2} k ^{e} ∣ Q ∣$

المعطيات:

(Q = 5 \times 10^{-6} , C)
(r = 2 , m)
(k_e = 9 \times 10^9 , \text{N·m}^2/\text{C}^2)

وبالتعويض:

$E = 2 ^{2} 9 \times 10 ^{9} \times 5 \times 10 ^{-6}$

$E = 4 45 \times 10 ^{3} = 11.25 \times 1 0^{3} V/m$

إذن، المجال الكهربائي في هذه النقطة هو (E = 11,250 , \text{V/m}).

المسألة 2: حساب القوة على شحنة اختبارية

سؤال: ما هي القوة المؤثرة على شحنة اختبارية قدرها (q = +2 , \mu C) في نقطة تبعد (r = 3 , m) عن شحنة أخرى مقدارها (Q = +6 , \mu C)؟

الحل: أولاً، نحسب المجال الكهربائي الناتج عن الشحنة (Q) باستخدام القانون: $E = r ^{2} k ^{e} ∣ Q ∣$

المعطيات:

(Q = 6 \times 10^{-6} , C)
(r = 3 , m)
(k_e = 9 \times 10^9 , \text{N·m}^2/\text{C}^2)

التعويض:

$E = 3 ^{2} 9 \times 10 ^{9} \times 6 \times 10 ^{-6}$

$E = 9 54 \times 10 ^{3} = 6 \times 1 0^{3} V/m$

الآن نحسب القوة على الشحنة الاختبارية (q):

$F = qE$

المعطيات:

(q = 2 \times 10^{-6} , C)
(E = 6 \times 10^3 , \text{V/m})

التعويض:

$F = 2 \times 1 0^{-6} \times 6 \times 1 0^{3} = 12 \times 1 0^{-3} = 0.012 N$

إذن، القوة المؤثرة على الشحنة الاختبارية هي (F = 0.012 , \text{N}).

خلاصة:

المجال الكهربائي يُقاس بوحدات (V/m).
قانون المجال الكهربائي يعتمد على القوة التي تؤثر على شحنة اختبارية أو على الشحنة المولدة للمجال.
يمكن حساب القوة المؤثرة على شحنة اختبارية من خلال ضرب شدة المجال الكهربائي في قيمة الشحنة الاختبارية.

Abeer mahdey

كاتبة محتوى

8+ سنوات خبرة

كاتبة متعطشة للمزيد من المعلومات والغوص والبحث عنها من مصاردها .