ملخص المجال الكهربائي، الفيزياء

المجال الكهربائي لشحنة نقطية

• يبيّن الشكل (14) شحنة نقطية ($+Q$) تولّد في الحيّز المحيط بها مجالاً كهربائياً.
• نضع شحنة اختبار ($+q$) عند نقطة قريبة من الشحنة مثل النقطة ⁦(a)⁩ للكشف عن المجال الكهربائي.
• تُعد شحنة الاختبار شحنة كهربائية موجبة صغيرة المقدار مقارنة بالشحنة المولّدة للمجال.
• تتأثر شحنة الاختبار بقوّة كهربائية ($F$) بالاتجاه المبيّن على الشكل.
• يُحسب المجال الكهربائي الذي تولّده الشحنة ($+Q$) عند موقع شحنة الاختبار ($q$) بإيجاد ناتج قسمة مقدار القوة المؤثرة في شحنة الاختبار على مقدار شحنة الاختبار.
• يُعرّف المجال الكهربائي عند نقطة بأنّه القوة الكهربائية التي تؤثر في وحدة الشحنة الموجبة الموضوعة في تلك النقطة.
• يُعبّر عن المجال الكهربائي بالعلاقة الآتية: $E = \frac{F}{q}$
• توضّح هذه العلاقة أن المجال كمية متجهة اتجاهه باتجاه القوة الكهربائية المؤثرة في شحنة الاختبار الموجبة.
• يُقاس المجال بوحدة ⁦(N/C)⁩.
• يُعطى مقدار القوة الكهربائية من قانون كولوم بالعلاقة الآتية: $F = k \frac{Qq}{r^2}$
• يُصبح المجال الكهربائي بالعلاقة الآتية: $E = k \frac{Qq}{qr^2}$
• نتوصل إلى العلاقة الآتية باختصار ($q$): $E = k \frac{Q}{r^2}$
• تُمثّل ($Q$) الشحنة المولّدة للمجال.
• تُمثّل ($r$) بعد النقطة المطلوب حساب المجال عندها عن الشحنة المولّدة للمجال.
• توضّح هذه العلاقة إمكانية حساب مقدار المجال الكهربائي عند نقطة من دون الحاجة لوضع شحنة اختبار عندها.
• يُعد المجال الكهربائي عند نقطة خاصية للشحنة المولّدة للمجال.
• تُستخدم شحنة الاختبار فقط للكشف عن المجال الذي كان موجودًا قبل وضعها وسيبقى ثابتًا بعد إزالتها.
• يتناسب المجال الكهربائي عند نقطة والناشئ عن شحنة نقطية موضوعة في الهواء طرديًا مع مقدار الشحنة وعكسيًا مع مربع بُعد النقطة عن الشحنة.
• يُعد مجال الشحنة النقطية مجالًا غير منتظم أي غير ثابت في المقدار والاتجاه كما يبين الشكل (15).

خطوط المجال الكهربائي

• يُعد المجال الكهربائي كمية فيزيائية متجهة.
• يُمثَّل المجال عند نقطة بسهم يُعبّر عن اتجاه المجال عند تلك النقطة.
• يتناسب طول السهم مع مقدار المجال.
• يمكن تمثيل منطقة المجال الكهربائي الذي يُحيط بشحنة كهربائية مفردة أو عدد من الشحنات برسم خطوط تسمى خطوط المجال الكهربائي ⁦(Electric Field Lines)⁩، وهي تُمثّل مسارات شحنة اختبار موجبة تتحرك تحت تأثير المجال الكهربائي فقط.
• يُبين الشكل (24) أربعة مجالات كهربائية منفصلة مُثلت بخطوط المجال الكهربائي الناشئ عن شحنات نقطية.
• تدل كثافة خطوط المجال الكهربائي ⁦(Density of Electric Field Lines)⁩ في منطقة ما على مقدار المجال الكهربائي.
• يُقصد بكثافة خطوط المجال الكهربائي عدد الخطوط التي تخترق وحدة المساحة من سطح محدد عموديًا عليه.
• يزداد مقدار المجال الكهربائي حيثما تتزاحم خطوط المجال.
• تبدأ خطوط المجال من الشحنة الموجبة وتنتهي إلى الشحنة السالبة.
• تُمثّل الخطوط مسار حركة شحنة الاختبار الموجبة داخل المجال بسبب تنافرها مع الشحنة الموجبة وتجاذبها مع الشحنة السالبة.
• تكون خطوط المجال الكهربائي مستقيمة أو منحنية لكنها لا تتقاطع.
• يؤدي تقاطع خطّين للمجال إلى وجود أكثر من اتجاه للمجال عند نقطة التقاطع، وهذا يتعارض مع مفهوم المجال عند نقطة.
• يكون اتجاه المجال الكهربائي عند أي نقطة باتجاه المماس لخط المجال عند تلك النقطة.