الموسوعة العربية

ابحث عن أي موضوع يهمك

ما هو المجال الكهربائي .. قانون المجال الكهربائي وأنواعه

بواسطة: نشر في: 22 يناير، 2021
mosoah
ما هو المجال الكهربائي

ما هو المجال الكهربائي

نُقدم لكم في مقالنا هذا إجابة تفصيلية عن ما هو المجال الكهربائي عبر موسوعة، يُعتبر مصطلح المجال الكهربائي من أهم المصطلحات في العلوم الفيزيائية التي يقوم بدراستها العديد من الطلاب حول العالم، حيث أنه تم التوصل إلى الظواهر الكهربائية منذ مئات السنين في عهد اليونان من خلال ملاحظة تعرضهم إلى الكهرباء أثناء تلامس الأجسام مع بعضها البعض، من ثم القيام بدلك تلك الأجسام، وتم تفسير الكهرباء المتولدة أن الأجسام تحمل شحنة كهربية نتج عنها ذلك حيث قاموا بتصنيف الأجسام لنوعان أجسام تحمل الشحنة الموجبة، وأجسام تحمل الشحنة السالبة.

ثم وضع العالم الفرنسي الفيزيائي كولوم القانون الخاص به الذي أوضح من خلاله أن قوة التجاذب بين شحنتين مختلفتين في الإشارة تتناسب طرياً مع قيمة كل شحنة وعكسياً مع مربع المسافة بينهما، وفي القرن التاسع عشر قام العالم الفيزيائي مايكل فاراداي بوضع مفهوم المجال الكهربائي لاستكمال قانون كولوم، بجانب التوضيح الدقيق للآثار التي تنتج عن الشحنات الكهربائية، ويمكن التعرف على المجال الكهربائي بالآتي:

  • يُعرف المجال الكهربائي أنه القوة الكهربية التي تؤثر على وحدة الشحنات المختلفة الموجبة منها والسالبة، ويرمز له بالرمز E
  • يتعلق مفهوم المجال الكهربائي وتفسيره بالقوة المتواجدة بداخل الشحنات الكهربائية، حيث أنه المنطقة المحيطة بالشحنات التي توضح من خلالها تثير القوة الكهربائية بين الشحنات.
  • كما أنه يتعلق بكل نقطة تتواجد في الفضاء الخارجي، إذ أوضح العالم الإنجليزي فاراداي من خلال تجاربه أن كل شحنة في الفضاء يحيط بها مجال كهربائي خاص، يقوم بالتأثير المباشر على الشحنات المتواجدة حوله.
  • يساعد التعرف على المجال الكهربائي في الوصول إلى المفهوم الصحيح للقوة الكهربية المتواجدة بداخل كل شحنة من المواد المختلفة.

تعريف المجال الكهربائي المنتظم

تناولنا في الفقرة السابقة إجابة سؤال ما هو المجال الكهربائي ومن خلال قراءتك لهذه الفقرة ستتعرف على المجال الكهربائي المنتظم، إذ يُعتبر أنه المجال التي لا تتغير قيمته عند مختلف النقاط فيتميز بالقيمة الثابتة حيث تكون شدة المجال مساوية بين المواد، كما تتساوى المواد في الاتجاه.

  • يمكن تمثيل المجال الكهربائي المنتظم عن طريق وضع صفيحتين في اتجاه متوازي من بعضهما.
  • يشترط أن تكون المساحة التي تمتلك الصفيحة الواحدة كبيرة، والمسافة بين الصفيحتين صغيرة.
  • يتم شحن كل صفيحة بمقدار متساوي من الشحنة الكهربائية، مع اختلاف الشحنات التي تمتلكها كل صفيحة، حيث يتم وضع صفيحة موجبة الشحنة وصفيحة سالبة الشحنة.
  • من خلال تلك التجربة نجد أن اتجاه المجال الكهربائي المنتظم يسير من الصفيحة التي تحمل الشحنة الموجبة إلى الصفيحة التي تحمل الشحنة السالبة.
  • يختلف المجال الكهربائي المنتظم عن المجال الكهربائي الغير منتظم في اتجاه المجال.
  • إذ أن يكون اتجاه المجال الكهربائي الغير منتظم في جميع الاتجاهات لأعلى ولأسفل ولليسار ولليمين،
  • يمكن الوصول إلى مقدار شدة المجال الكهربائي بين اللوحين والتي تتساوى عن طريق القانون  E= ΔV / Δx
  • يعبر الرمز E عن شدة المجال الكهربائي ويتم قياسه بالفولت/متر.
  • والرمز ΔV عن فرق الجهد الكهربائي بين المواد ويقاس بوحدة الفولت.
  • بينما الرمز Δx يعبر عن المسافة بين اللوحين وتقاس بوحده المتر.

اتجاه المجال الكهربائي

يمكن التعرف على ما هو المجال الكهربائي وتحديد الاتجاه الصحيح للمجال عن طريق وضع بعض التفسيرات العلمية التي توصل إليها علماء الفيزياء عبر العصور، ومن ضمن تلك التفسيرات والدراسات نظرية أن القوة المتبادلة بين الشحنات المختلفة تتأثر بنوع الشحنة التي تحملها كل مادة.

  • تتولد عن المواد الحاملة لنفس الشحنة الكهربية قوة تنافر، حيث تتباعد المواد وتتنافر عن بعضها البعض أثناء تقريبها، أي تأخذ كل مادة عكس اتجاه المجال الكهربائي للمادة الأخري.
  • بينما تتولد عن المواد المختلفة في الشحنة الكهربية قوة تجاذب، إذ تقترب المواد من بعضها بشكل ملحوظ.
  • ويمكن الاستعانة بشحنة الاختبار في المعمل الفيزيائي لتحديد المجال الكهربائي الخاص بالمواد مختلفة الشحنة كانت أو متشابه حيث أنها تحمل دائماً الشحنة الموجبة.

خطوط المجال الكهربائي

أوضحت التجارب خطوط المجال الكهربائي وتم تعريفها أنها عبارة عن خطوط وهمية تمثيل مسار الطريق التي تسير من خلاله شحنة الاختبار الموجبة إلى الشحنة الأخرى، حيث يختلف اتجاه تلك الخطوط وعداداها باختلاف نوع الشحنة ومقدارها المحدد، بجانب مسافة النقطة المرغوب معرفة خطوط المجال الكهربائي عندها.

يمكن تحديد خطوط المجال الكهربائي بالرجوع إلى اتجاه المجال حيث يتم رسم أسهم مبتعدة عن الشحنة الكهربية في حالة تولد قوة تنافر بين الشحنتين، بينما يُرسم أسهم تشير أنها داخلة إلى الشحن الكهربية في حالة إنتاج قوة تجاذب، وإليكم بعض المعلومات عن خطوط المجال الكهربائي بالآتي:

  • تعد خطوط المجال الكهربائي من الخطوط الوهمية الخارجة من الشحنة الموجبة متجهه إلى الشحنة السالبة.
  • تتميز الخطوط بشدة اتصالها مع بعضها البعض فلا تتقاطع.
  • من أهم ما يميز قيمة شدة المجال الكهربائي هي خطوط المجال.
  • فبزيادة كثافة خطوط المجال تزيد القيمة الحقيقة لشدة المجال الكهربائي.
  • بالإطلاع على اتجاه المماس لخط المجال الكهربائي عند أي موضع من النقطة، يمكن تحديد المجال الكهربائي.
  • بجانب ملاحظة الزيادة في شدة المجال الكهربائي بزيادة عدد خطوط المجال العمودية على وحده المساحة.

أنواع المجال الكهربائي

بعد الإطلاع على سؤال ما هو المجال الكهربائي سنتعرف على أنواع المجال، حيث تم اكتشاف نوعان من المجال الكهربائي وهما (المجال الكهربائي المنتظم، والمجال الكهربائي الغير منتظم)، إذ وضعت العلماء المفاهيم الصحيحة لأنواع المجالات ليتعرف عليها الطلاب.

  • يُعرف المجال الكهربائي المنتظم أنه مجال متساوي عند جميع النقاط في المقدار والاتجاه.
  • تسير خطوط المجال الكهربائي المنتظم في خطوط مستقيمة دون انحراف عن المسار التي تسلكه.
  • بينما يُعرف المجال الكهربائي الغير منتظم أنه المجال الذي لا تتساوى به الشدة أو الاتجاه.
  • تنحرف خطوط المجال الغير منتظم فتسير إلى أعلى وأسفل ويمين ويسار.

قانون المجال الكهربائي

  • يعتمد المجال الكهربائي عند تقديره على وجود قوة كهربائية تتبادل بين شحنتين.
  • بجانب معرفة مقدار الشحنة الكهربائية، ومن خلال الدراسات التي قام بها العالم كولوم وضع القانون الخاص به بعام 1784م ليستكمله العالم مايكل ويضع القانون النهائي للمجال الكهربائي.
  • يتضمن قانون المجال الكهربائي للعالم مايكل فاراداي على العلاقة E=F/q
  • يعبر الرمز E شدة المجال الكهربائي حيث يتم تقديره بوحدة النيوتن.
  • بينما الرمز F يعبر عن القوة التي تؤثر بها شحنة ما على شحنة اختبار خاصة قيمتها 1 كولوم خلال مسافة r.
  • والرمز q يمثل قيمة الشحنة الكهربائية التي يتم قياسها بالكولوم.
  • ويمكن الحصول على صيغة أخرى لقانون المجال الكهربائي عن طريق التعويض بقانون كولوم.
  • تعطي العلاقة الرياضية بعد التعويض E=Kx q /r ʌ2
  • يمثل الرمز K ثابت تحدد قيمته بالرجوع إلى خصائص الوسط الذي يتواجد به المجال الكهربائي، تبلغ قيمته الحقيقة 9x 10^9 نيوتن.م2 / كولوم2.
  • والرمز r ʌ2 يعبر عن المسافة بين الشحنة المؤثرة والنقطة التي يرغب حساب المجال الكهربائي عندها.

إلى هنا نصل لختام مقالنا بعد الإطلاع على سؤال ما هو المجال الكهربائي بجانب التعرف على اتجاه المجال الصحيح، ضمن تناول خطوط المجال الكهربائي التي تسير من الشحنة الموجبة إلى الشحنة السالبة، كما تناولنا أنواع المجالات الكهربائية التي يتساءل عنها العديد من الطلاب، بالإضافة إلى القانون الخاص بالعالم كولوم والقانون النهائي لتحديد شدة المجال الكهربائي.

يمكنكم قراءة المزيد من المقالات عبر الموسوعة العربية الشاملة.

المراجع

1-

2-