تعريف شدة المجال الكهربائي


الكهرباء تُعرف الكهرباء بأنّها شكل من أشكال الطاقة، فهي تدفق الإلكترونات  إذ إنّ كل مادة تتكوّن من ذرات، ولكل ذرة مركز يُسمى النواة؛ والذي يحتوي على جسيمات  موجبة الشحنة تسمى البروتونات وجسميات غير مشحونة تسمى النيوترونات.

كما يحيط بنواة الذرة جسيمات سالبة الشحنة تسمى الإلكترونات، إذ أنّ الشحنة السالبة للإلكترون مساوية للشحنة الموجبة للبروتون، بالإضافة إلى أنّ عدد الإلكترونات في الذرة يساوي عادةً عدد البروتونات.

وعند إخلال قوة التوازن بين البروتونات والإلكترونات بواسطة قوة خارجية، قد تكسب الذرة إلكترونًا أو تفقده، إلا أنّه عندما تُفقد الإلكترونات من الذرة؛ فإنّ الحركة الحرة لهذه الإلكترونات تُشكّل تيارًا كهربائيًا، وفي هذا المقال سيتم تعريف شدة المجال الكهربائي.

تعريف شدة المجال الكهربائي :

 يُمكن تعريف شدة المجال الكهربائي على أنّها كمية متجهة لها مقدار واتجاه، وتساوي القوة الكهربائية التي تُبذل على شحنة اختبار موجبة صغيرة داخل مجال كهربائي، إذ يشار إليها بالرمز E، ومن الجدير ذكره أنّ شدة المجال هي خاصية للمجال الكهربائي.

حيث تُعطي شدة المجال صورة واضحة عن فهم كيفية زيادة أو نقصان قوة المجال الكهربائي، إذ إنّه كلما زاد عدد خطوط المجال لكل وحدة حجم، زادت شدة المجال ، بالإضافة إلى أنّه يمكن حساب شدة المجال الكهربائي رياضيًا بواسطة العلاقة الأتية: E = F/q أيّ أنّ شدة المجال الكهربائي تتناسب طرديًا مع القوة.

فكلما كانت شدة المجال الكهربائي عند نقطة معينة كبيرة؛ فهذا يعني أنّ الشحنة الكهربائية سوف تواجه قوة كبيرة عند تلك النقطة، ووفقًا للنظام العالمي للوحدات فإنّ وحدة شدة المجال الكهربائي هي نيوتن لكل كولوم N/C أو فولت لكل متر V/m، ومن الجدير ذكره أنّ مايكل فاراداي كان أول من طرح فكرة المجال الكهربائي.

والذي يُمكن إنتاجه بواسطة أيّ جسيم مشحون كهربائيًا، إذ إنّ أيّة جسيمات أخرى مشحونة توجد في محيط الشحنة الأولى تتأثر بهذا المجال، أمّا مصطلح المجال الكهربائي فيستخدم لوصف المنطقة المحيطة بالشحنات الكهربائية، فكل شحنة يتولد حولها مجال كهربائي.

 خطوط المجال الكهربائي

بعد تعريف شدة المجال الكهربائي لا بدّ من الحديث عن خطوط المجال الكهربائي، والتي تُعرّف على أنّها خطوط أو منحنيات وهمية توضح اتجاه المجال الكهربائي؛ وذلك عندما يتم رسم مماس عند نقطته، وعادةً ما تبدأ خطوط المجال الكهربائي من الشحنة الموجبة وتنتهي عند الشحنة السالبة.

لذلك لا يمكن لها أنّ تُشكّل منحنيات مغلقة أو حلقات مغلقة؛ إذ لا يمكن أن يبدأ الخط الواحد وينتهي بنفس الشحنة، بالإضافة إلى أنّها لا يمكن أنّ تتقاطع أبدًا، ومن الجدير ذكره أنّه دائمًا ما يشير القرب النسبي بين هذه الخطوط في مكان معين إلى شدة المجال الكهربائي عند تلك النقطة.

دائمًا ما كان مايكل فاراداي يفكر في خطوط المجال الكهربائي كخطوط يمكن استخدامها لوصف وتفسير المجال الكهربائي غير المرئي، بدلًا من استخدام مخطط المتجه المعقد في كل مرة، إذ يمكن استخدام خطوط المجال الكهربائي لوصف المجال الكهربائي حول نظام من الشحنات بطريقة أسهل.

ونظرًا لأنّ المجال الكهربائي يتناسب عكسيًا مع مربع المسافة؛ فإنّ شدة المجال الكهربائي تتناقص كلما تم الابتعاد عن الشحنة، كما يتناسب عدد خطوط المجال الكهربائي التي تنطلق من شحنة موجبة أو تدخل في شحنة سالبة مع مقدار الشحنة