خطوط المجال الكهربائي

تعمل خطوط المجال الكهربائي على تتفسير الشحنات الكهربائية والقوى الموجودة بينها، وذلك عن طريق الاعتماد على الخطوط الوهمية الموجودة في المجال الكهربائي.

للنشر

واتس اب شارك غرد شارك

محتويات

المجال الكهربائي

اتجاه المجال الكهربائي

خطوط المجال الكهربائي

خصائص خطوط المجال الكهربائي

المجال الكهربائي المنتظم

العلاقة بين المجال الكهربائي والمجال المغناطيسي

---

المجال الكهربائي

• هو مصطلح فيزيائي يعمل على تفسير الشحنات الكهربائية والقوى الموجودة بينها.
• المجال الكهربائي يتعلق بأي شحنة كهربائية أو أي جسم مشحون، فهو متعلق بجميع النقاط الموجودة في الفضاء المحيط بأي جسم مشحون.
• يمكن التعرف على الآثار الذي سيطرأ على الجسم المشحون عند وضعه في مجال كهربائي معين، وفي هذه الحالة لا تحتاج لمعرفة مصدر الشحنة الكهربائية، فقط تحتاج لمعرفة مقدار واتجاه المجال الكهربائي.
• يمكن أن نعرف قيمة المجال الكهربائي رياضياً من خلال قسمة القوة الكهربائية المتبادلة بين أي شحنتين/الشحنة الكهربائية الموجودة في المجال الكهربائي ويمكن التعبير عنها عبر العلاقة: م =ق/ش.
• م: تعني المجال الكهربائي، ق: تعبر عن القوة الكهربائية المتبادلة بين الشحنتين، ش: ترمز إلى الشحنة الكهربائية الداخلة في المجال الكهربائي،
• وتعتبر وحدة نيوتن /كولوم هي وحدة قياس المجال الكهربائي.

اتجاه المجال الكهربائي

• يمكن أن يتم استخدام حقيقة أن الشحنات المتشابهة تتنافر، والقوات غير المتشابهة تتجاذب، وذلك من خلال تنافر الشحنتين الموجبتين وتباعدهم عن بعض.
• كما نلاحظ إمكانية تقارب الشحنات السالبة والموجبة مع بعضها في تحديد اتجاه المجال الكهربائي، ويمكن أيضاً تحديد اتجاه المجال الكهربائي من خلال استخدام شحنة الاختبارات، ويتم ملاحظة هذه الشحنة عند وضعها في شحنة كهربائية لأي مجال.
• تكون شحنة الاختبار موجبة بشكل دائم، ولا تؤثر شحنة الاختبار في مجال الشحنة التي نريد أن ندرس مجالها، وذلك بسبب احتوائها على مقدار صغير للغاية.

خطوط المجال الكهربائي

• هي تلك الخطوط الوهمية التي تعمل على تمثيل المسار الذي ستقوم شحنة الاختبارات لكهربائية بسلكه، ويختلف عدد هذه الخطوط باختلاف عدد الشحنات الموجودة ومقدارها ونوعها، ويختلف أيضاًعدد هذه الخطوط باختلاف بعد النقطة المراد دراسة خطوط المجال عندها.
• أشرنا سابقاً إلى أن تحديد اتجاه المجال الكهربائي يكون من خلال استخدام شحنة اختبار موجبة، وذلك عن طريق جعل اتجاه المجال الكهربائي لهذه الشحنة الموجبة مبتعداً عن الشحنة نفسها.
• ويمكن رسم أسهم نشير من خلالها إلى خارج هذه الشحنة حتى يتم التعبير عن المجال الكهربائي، وذلك بسبب تنافر شحنة الاختبار الموجبة مع الشحنة الموجبة نفسها.
• ويمكن أن تستخدم خطوط المجال للكهرباء للشحنة السالبة، وذلك من خلال رسم أسهم تقرب الشحنة السالبة وذلك لأن القوة الناتجة عن هذا العمل تكون قوة تجاذب ويرجع هذا التجاذب إلى اختلاف نوع الشحنتين.
• باختصار إن ضبط المسار الخاص بأي شحنة يلزمه أن تكون خطوط المجال للكهرباء خارجة من شحنة اختبار موجبة وداخلة في شحنة اختبار سالبة من خلال وضع هذه الخطوط في حيز المجال الكهربائي.

خصائص خطوط المجال الكهربائي

• هي خطوط غير موجودة بشكل فعلي فهي خطوط وهمية، حيث لا يمكن الإمساك بها.
• سوف تتأثر الشحنة الموجبة إذا تم وضعها داخل مجال كهربائي بقوة تجعلها تتحرك في اتجاه خطوط المجال للكهرباء نفسه.
• تخرج خطوط المجال للكهرباء من الشحنة الموجبة ويتم إدخالها في الشحنة السالبة.
• لا تتقاطع خطوط المجال للكهرباء أبداً، وذلك لأن تقاطعهم يعني أن هناك اتجاهين لهذا المجال الكهربائي، مما يعني أن هناك قيمتين لنقطة تقاطع المجال الكهربائي، وهذا أمر غير صحيح بالمرة.
• عدد خطوط المجال للكهرباء يتناسب مع المقدار تناسباً طردياً، وذلك من خلال قوة المجال الكهربائي التي تتطلب خطوط مجال كهربائي بشكل أكثف، وهذا ما يعني أن عدد خطوط المجال للكهرباء تكون أكثف إذا كانت ستخترق سطحاً فيه المجال الكهربائي أقوى، وإذا كان المجال الذي ستخترقه ضعيف ستكون خطوط المجال للكهرباء أقل، أي أننا سنلاحظ تباعد في وضع خطوط المجال للكهرباء.
• تزيد شدة المجال الكهربائي كلما تم الاقتراب من الشحنة، الأمر الذي يجعلنا نلاحظ زيادة في كثافة خطوط المجال للكهرباء.
• تقل شدة المجال الكهربائي كلما ابتعدنا عن الشحنة الكهربائية، فنلاحظ أن كثافة خطوط المجال للكهرباء تقل بشكل واضح.

المجال الكهربائي المنتظم

• هو ذلك النوع من المجالات الكهربائية والذي تولد وسط صفيحتين مشحونتين، وتحمل كل صفيحة منهما شحنة مختلفة في النوع عن الصفيحة الأخرى، وتكون شحنة أحدهما سالبة عكس الشحنة الأخرى المحمولة، والتي تكون مزودة بشحنات موجبة.
• يكون للمجال الكهربائي المنتظم اتجاه ثابت؛ حيث يخرج من الصفيحة التي تحمل الشحنات الموجبة ويصل إلى الصفيحة الأخرى التي تحتوي على الشحنات السالبة.
• وبذلك يكون اتجاه المجال الكهربائي المنتظم عكس اتجاه المجال الكهربائي غير المنتظم، والذي يتميز باتجاهه من الأعلى إلى الأسفل أو من اليمين إلى اليسار والعكس.
• جميع الخصائص التي تنطبق على المجال الكهربائي غير المنتظم يمكن أن تنطبق على خطوط المجال الكهربائي المنتظم، ماعدا خاصية واحدة ألا وهي أن المجال الكهربائي المنتظم يتميز بأنه مجال ثابت في المقدار والاتجاه.

العلاقة بين المجال الكهربائي والمجال المغناطيسي

• يساهم المجال المغناطيسي مع المجال الكهربائي في تحريك أي شحنة، حيث أن هناك اعتقاد سائد بأن المجال الكهربائي فقط هو الذي يتحكم في حركة الشحنة الكهربائية، وبالتالي نلاحظ بأن هناك علاقة قوية تربط المجال الكهربائي بالمجال المغناطيسي.
• يختلف المجال الكهربائي عن المجال المغناطيسي، ولكن يمكن اعتبارهما بأنهما ظاهرتان متصلتان، فعندما نلاحظ وجود مجال كهربائي في أي شحنة فإننا نلاحظ وجود مجال مغناطيسي في نفس الوقت، ومن المعروف أن الشحنات التي تتحرك في اتجاه واحد تنتج بالضرورة عن مجال كهربائي الأمر الذي يؤدي بالضرورة إلي وجود المجال المغناطيسي في هذه الشحنات.
• تسلا tesla هي وحدة قياس المجال المغناطيسي، وتوجد حول المواد المغناطيسية مجالات مغناطيسية وتعتبر ملازمة لها بشكل دائم.
• تمارس المجالات المغناطيسية القوة على المواد المغناطيسية وغيرها من الشحنات الكهربائية التي تتميز بالحركة، ويعتبر المجال المغناطيسي مجال متجه أيضاً وذلك بسبب وجود مجال وحجم معينين في أي مجال مغناطيسي .
• المجال الكهربائي يتميز بقوة متناسبة مع المقدار الخاص بالشحنة الكهربائية الموجودة داخل المجال، وتكون هذه القوة متناسبة مع نفس اتجاه المجال الكهربائي.
• أما عن علاقة قوة المجال المغناطيسي بالشحنة الكهربائية فهي تتميز بالتوافق والانسجام أيضاً، حيث تتناسب قوة المجال المغناطيسي مع الشحنة الكهربائية.
• ولكن ما يجب أخذه في الاعتبار أن سرعة الشحنة التي تتحرك داخل القوة المغناطيسية تكون في شكل عمودي على المجال المغناطيسي والاتجاه الخاص بالشحنة المتحركة.
• يمكن أن تفترق المجالات المغناطيسية عن المجالات الكهربائية، إذ يوجد في المغناطيس الدائم مجالات مغناطيسية، ولا توجد مجالات كهربائية، أي توجد المجالات المغناطيسية بدون المجالات الكهربائية بشكل طبيعي، ويمكن أن توجد في الكهرباء الساكنة المجالات الكهربائية ولا توجد المجالات المغناطيسية.