أساسيات الكهرباء : المجال الكهربائي champ électrique

ما هو المجال الكهربائي ؟

إن أول من عرض مفهوم المجال الكهربائي هو العالم البريطاني مايكل فارادي ، حيث أوضح أن هناك منطقة معينة حول الشحنة الكهربائية يظهر فيها تأثير القوة الناتجة عن هذه الشحنة. وعرَّف المجال الكهربائي على انه “القوة التي يؤثر بها ذلك المجال في وحدة الشحنات الموجبة الموضوعة عند تلك النقطة” 

وبذلك يكون :

حيث:

• E: شدة المجال الكهربائي ويقاس ب نيوتن\كولوم
• F: القوة المؤثرة على الشحنة وتقاس ب نيوتن

• q: مقدار شحنة الاختبار وتقاس ب كولوم

ينقسم المجال الكهربائي إلى :

 المجال الكهربائي المنتظم

هو حالة خاصة من المجال ويعرف على أنه المجال الذي قيمته ثابته عند جميع النقاط ويمكن الحصول عليه من خلال صفيحتين متوازيتين مساحتهما كبيرة والمسافة بينهما صغيرة مشحونتين بنفس مقدار الشحنة لكن الأولى موجبة والثانية سالبة.

في المجال الكهربائي المنتظم تكون شدة المجال متساوية وفي نفس الاتجاه . فمثلا المجال الكهربائي بين لوحين تكون شدة المجال الكهربائي متساوية وتعادل  :

حيث :

• E = شدة المجال الكهربائي ب فولت/متر،
• ΔV = فرق الجهد بالفولت
• Δx = المسافة بين اللوحين بالمتر.

 المجال الكهربائي الغير المنتظم

أ- وهو المجال الذي ينشأ عن الشحنات المفردة.
ب – خطوط المجال غير المنتظم تتباعد عن بعضها كلما ابتعدنا عنالشجنه
جـ- مقدار المجال الكهربائي غير المنتظم متغير في كل نقطة في المجالأي أن عدد خطوط المجال التي تخترق وحده المساحه العموديه لا يكون ثابتا
د-اتجاه المجال الكهربائي متغير في كل نقطة في المجال.

  المجال الكهربائي الناشئ من نقطة

يصف قانون كولوم كيف يمكن إيجاد مقدار واتجاه المجال الكهربائي الناشيء من نقطة مشحونة بالقانون التالي:

حيث:

 هي قيمة الشحنة الكهربائية بالكولوم.

 هي المسافة بين الشحنة الكهربائية والنقطة المراد حساب قيمة المجال الكهربائي لديها.

 هو متجه الوحدة بين النقطة المشحونة والنقطة المراد حساب اتجاه المجال الكهربائي منها أو إليها.

i هو الثابت الكهربائي.

وبتطبيق مبدأ التراكب يصبح حساب مقدار واتجاه المجال الكهربائي الناشئ ممكنا،حيث يجري حساب مقدار المجال الكهربائي الناشئ من كل نقطة على حدة ثم جمع كل المركبات الناتجة جمعا متجهيا ووفقا للصيغة الرياضية أدناه:

حيث

 هي عدد النقاط المشحونة الكلية .

قانون غاوس الكهربائي

يعتمد على حساب تباعد خطوط المجال الكهربائية المتدفقة عبر سطح مغلق ويستخدم هذا القانون لحساب المجالات الكهربائيه في حالات يكون فيها توزيع الشحنات الكهربائيه على درجه عاليه من التماثل مثل كرات مشحونه بشحنه منتظمه التوزيع أو اسطوانات طويله أو سطوح مستويه ذات أبعاد كبيره جدا.أما قانون كولوم فيستخم لحساب المجالات الكهربائيه لشحنات كهربائيه نقطيه.

المجالات الكهربائية المتغيرة

تغير مقدار المجال الكهربائي بالنسبة للزمن يولد حتما مجالا مغناطيسيا متغيرا في الزمن،والمجال المغناطيسي المتغير يولد كذلك مجالا كهربائيا متغيرا في الزمن.،هذا أساس توليد الكهرباء والموجات الكهرومغناطيسية.و القانون الذي يحكم هذا التوليد المتناوب بين المجالين الكهربائي والمغناطيسي هو قانون فرداي الناص على ما يلي:

 تكور المجال الكهربائي.

 معدل تغير المجال المغناطيسي في الزمن.