المجال الكهربائي

المجال الكهربائي هو عبارة عن خاصية كهربائية مرتبطة بكل نقطة في الفضاء عندما تكون الشحنة موجودة بأي شكل من الأشكال ، ويتم التعبير عن حجم واتجاه المجال الكهربائي بقيمة E وتسمى بقوة المجالات الكهربائية أو شدة المجال الكهربائي أو ببساطة الحقل الكهربائي ، وإن معرفة قيمة المجال الكهربائي في نقطة ما ، دون أي معرفة محددة لما أنتج الحقل هو كل ما هو مطلوب لتحديد ما سيحدث لشحنات الكهرباء بالقرب من تلك النقطة بالذات .

قوة المجال الكهربائي

بدلاً من اعتبار القوة الكهربائية بمثابة تفاعل مباشر لشحنتين كهربائيتين على مسافة من بعضهما البعض ، تعتبر شحنة واحدة مصدرًا لمجال كهربائي يمتد للخارج إلى الفضاء المحيط ، والقوة التي تمارس على شحنة ثانية في هذا الفضاء يعتبر بمثابة تفاعل مباشر بين المجال الكهربائي والشحنة الثانية .

يمكن تعريف قوة المجال الكهربائي E في أي نقطة على أنها القوة الكهربائية والمعروفة باسم Coulomb ، أما القوة F التي تمارس لكل وحدة شحن كهربائي إيجابي q في تلك المرحلة أو ببساطة E = F / q وهي قوة المجال الكهربائي .

إذا كانت الشحنة الثانية أو الاختبار أكبر مرتين يتم تضاعف القوة الناتجة ، لكن يكون حاصلها وهو مقياس المجال الكهربائي E ، لا يزال كما هو عند أي نقطة معينة ، وتعتمد قوة المجال الكهربائي على شحنة المصدر وليس على شحنة الاختبار ، وبالمعنى الدقيق للكلمة فإن إدخال شحنة اختبار صغيرة والتي لها مجال كهربائي بحد ذاته يعدل قليلاً المجال الحالي ، ويمكن اعتبار الحقل الكهربائي بمثابة قوة لكل وحدة شحنة موجبة تمارس قبل انزعاج الحقل من وجود شحنة اختبار .

قوة المجال الكهربائي مع شحنة سالبة وشحنة موجبة

اتجاه القوة التي تمارس على شحنة سالبة هو عكس ذلك الذي يتم بشحنة موجبة ، ونظرًا لأن المجال الكهربائي له كل من الحجم والاتجاه ، يتم اختيار اتجاه القوة على شحنة موجبة بشكل تعسفي باعتباره اتجاه الحقل الكهربائي .

نظرًا لأن الشحنات الإيجابية تصطدم ببعضها البعض ، فإن المجال الكهربائي المحيط بشحنة موجبة معزولة موجَّه نحو الخارج شعاعيًا ، وعندما يتم تمثيلها بواسطة خطوط القوة أو خطوط الحقل ، يتم تصوير الحقول الكهربائية على أنها تبدأ بتهمة موجبة وتنتهي في الشحنات السلبية ، ويشير خط الظل إلى خط الحقل إلى اتجاه الحقل الكهربائي في تلك المرحلة .

عندما تكون خطوط المجال الكهربائي قريبة من بعضها البعض ، يكون المجال الكهربائي أقوى منه في أماكن متباعدة ، ويعتمد حجم الحقل الكهربائي حول شحنة كهربائية والتي تعتبر مصدرًا للحقل الكهربائي على كيفية توزيع الشحنة في الفضاء ، بالنسبة لشحنة مركّزة تقريبًا عند نقطة ما ، يتناسب المجال الكهربائي مباشرةً مع مقدار الشحن ، ويتناسب عكسياً مع مربع المسافة شعاعي بعيدا عن مركز الشحنة المصدر ويعتمد أيضاً على طبيعة الوسيط ، حيث إن وجود وسيط مادي يقلل دائمًا من المجال الكهربائي دون القيمة الموجودة في الفراغ .

المجال الكهربائي والمجال المغناطيسي

في بعض الأحيان قد ينفصل المجال الكهربائي نفسه عن شحنة المصدر ويشكل حلقات مغلقة ، كما في حالة الشحنات المتسارعة لأعلى ولأسفل هوائي الإرسال لمحطة تلفزيون ، ويتم نشر المجال الكهربائي مع المجال المغناطيسي المصاحب عبر الفضاء باعتباره موجة مشعة بنفس سرعة الضوء ، وهذه الموجات الكهرومغناطيسية تشير إلى أن الحقول الكهربائية لا تتولد فقط من الشحنات الكهربائية ولكن أيضًا من تغيير المجالات المغناطيسية .

المجال الكهربائي كمية متجهة

قيمة المجال الكهربائي لها أبعاد القوة لكل وحدة شحن ، وفي أنظمة الكيلوجرام ، وتكون الوحدات المناسبة عبارة عن نيوتن لكل كولوم أي ما يعادل فولت لكل متر ، ويتم التعبير عن المجال الكهربائي في نظام السنتيمتر ، جرام ، الثانية بوحدات الديناميات لكل وحدة إلكتروستاتيكية أي ما يعادل عدد المساعدين في السنتيمتر .

عن دراسة المجال الكهربائي نجد أنه عبارة عن كل نقطة من الفراغ الذي يحيط بالشحنة الكهربائية والتي إذا وضعت فيه شحنة كهربائية أخرى تظهر عليها آثار قوى كهربائية ، ونتيجة أن القوة عبارة عن كمية متجه ، بالتالي فان المجال الكهربائي كمية متجهة ايضاً لها مقدار واتجاه ، وبالتالي يمكن تعريف اتجاه المجال الكهربائي عند نقطة ما والمتولد عن الشحنة الموجبة باتجاه الخروج منها .