ما هو المجال الكهربائي؟ التعريف ، الصيغة ، مثال

عندما يفرك البالون على سترة ، يصبح البالون مشحونًا. بسبب هذه الشحنة ، يمكن لبالون التمسك بالجدران ، ولكن عندما يوضع بجانب بالون آخر تم فركه أيضًا ، فإن البالون الأول سيطير في الاتجاه المعاكس.

الوجبات السريعة الرئيسية: المجال الكهربائي

هذه الظاهرة هي نتيجة لخاصية المادة تسمى الشحنة الكهربائية. تنتج الشحنات الكهربائية مجالات كهربائية: هي مناطق من الفضاء حول جسيمات أو أشياء مشحونة كهربائياً حيث تشعر جسيمات أو أشياء أخرى مشحونة كهربائياً بالقوة.

تعتبر الشحنة الكهربية ، التي يمكن أن تكون إيجابية أو سلبية ، من خصائص المادة التي تسبب جاذبين أو صد جسمين. إذا تم شحن الكائنات بشكل معاكس (إيجابي سلبي) ، فسوف تجذب ؛ إذا كانت مشحونة بالمثل (إيجابية أو سلبية سالبة) ، فسيصدون.

وحدة الشحنة الكهربائية هي كولوم ، والذي يعرف بأنه كمية الكهرباء التي يتم نقلها بواسطة أحد التيار الكهربائي من 1 أمبير في 1 ثانية.

ذراتوهي الوحدات الأساسية لل شيء، مصنوعة من ثلاثة أنواع من الجزيئات: الإلكترونات, النيوتروناتو البروتونات. الإلكترونات والبروتونات نفسها مشحونة كهربائياً ولها شحنة سالبة وإيجابية ، على التوالي. النيوترون غير مشحون كهربائيًا.

العديد من الكائنات محايدة كهربائياً ويبلغ صافي شحنة إجمالية صفرية. إذا كان هناك فائض من الإلكترونات أو البروتونات ، مما ينتج عنه شحنة صافية لا تساوي صفراً ، تُعتبر الكائنات مشحونة.

إحدى الطرق لتقدير الشحنة الكهربائية هي استخدام الثابت e = 1.602 * 10^-19 كولوم. الإلكترون ، وهو أصغر مقدار من الشحنة الكهربائية السلبية ، لديه شحنة -1.602 * 10^-19 كولوم. البروتون ، وهو أصغر كمية من الشحنة الكهربائية الموجبة ، له شحنة تبلغ +1.602 * 10^-19 كولوم. وبالتالي ، فإن 10 إلكترونات سيكون لها شحنة قدرها -10 ه ، و 10 بروتونات سيكون لها شحنة +10 ه.

الشحنات الكهربائية تجذب أو تطرد بعضها البعض لأنها تمارس القوات فوق بعضهما. يتم وصف القوة بين شحنتين كهربائيتين - الشحنات المثالية التي تتركز عند نقطة واحدة في الفضاء - قانون كولوم. ينص قانون كولوم على أن قوة ، أو حجم القوة ، بين شحنتين ، غير متناسبة مع حجم التهم و يتناسب عكسيا إلى المسافة بين التهمتين.

رياضيا ، وهذا هو ما يلي:

F = (ك | ف₁ف₂|) / ص²

أين ف₁ هو المسؤول عن تهمة النقطة الأولى ، ف₂ هي شحنة النقطة الثانية ، ك = 8.988 * 10⁹ ميل بحري²/ ج² هو ثابت Coulomb ، و r هي المسافة بين نقطتين.

على الرغم من أنه لا توجد تقنيًا شحنة حقيقية ، إلا أن الإلكترونات والبروتونات والجزيئات الأخرى صغيرة جدًا بحيث يمكن أن تكون تقريبي بتهمة نقطة.

تنتج الشحنة الكهربائية مجالًا كهربائيًا ، وهو عبارة عن منطقة من الفضاء حول جسيم أو جسم مشحون بالكهرباء ، حيث تشعر الشحنة الكهربائية بالقوة. يوجد الحقل الكهربائي في جميع النقاط في الفضاء ويمكن ملاحظته عن طريق إحضار شحنة أخرى إلى الحقل الكهربائي. ومع ذلك ، يمكن تقريب الحقل الكهربائي على أنه صفر لأغراض عملية إذا كانت الشحنات بعيدة كل البعد عن بعضها البعض.

الحقول الكهربائية كمية المتجه ويمكن تصورها على شكل أسهم تسير باتجاه التهم أو بعيدًا عنها. يتم تعريف الخطوط بأنها التأشير شعاعي الخارج، بعيدا عن شحنة موجبة ، أو شعاعي الداخل، نحو شحنة سالبة.

يتم إعطاء حجم المجال الكهربائي بواسطة الصيغة E = F / q ، حيث E هي قوة المجال الحقل الكهربائي ، F هو القوة الكهربائية ، و q هي شحنة الاختبار التي يتم استخدامها "لتشعر" بالكهرباء حقل.

بالنسبة لتهم نقطتين ، يتم إعطاء F بموجب قانون Coulomb أعلاه.

• وبالتالي ، F = (ك | ف₁ف₂|) / ص²، أين ف₂ يتم تعريفه على أنه يتم استخدام اختبار الرسم البياني "ليشعر" المجال الكهربائي.
• ثم نستخدم صيغة المجال الكهربائي للحصول على E = F / q₂، منذ ف₂ تم تعريفه على أنه تهمة الاختبار.
• بعد استبدال F ، E = (k | q₁|) / ص².

• فيتزباتريك ، ريتشارد. “المجالات الكهربائية.” جامعة تكساس في أوستن, 2007.
• ليفاندوفسكي ، هيذر ، وتشاك روجرز. "المجالات الكهربائية." جامعة كولورادو في بولدر, 2008.
• ريتشموند ، مايكل. “قانون الشحن والكولومبي.” معهد روتشستر للتكنولوجيا.