ما هي شدة المجال الكهربائي؟ وما وحدة قياسها؟
شدة المجال الكهربائي (بالإنجليزية: Electric field strength) هي كمية فيزيائية متجهة، أي أن لها مقدار واتجاه؛ تعبر عن مدى قوة المجال الكهربائي في مكانٍ معين، ويمكن تعريفها أيضًا بأنها مقياس القوة التي يمارسها جسم مشحون على آخر، وهي تقاس بوحدة نيوتن لكل كولوم؛ والتي يرمز لها بالرمز (نيوتن/كولوم) أو (N / C)، ويمكن قياسها أيضًا بوحدة الفولت لكل متر.[١][٢][٣]
تعتمد شدة المجال الكهربائي في موقع معين على مقدار شحنة الكائن الذي يخلق المجال، وعلى المسافة الفاصلة بين الموقع والكائن الذي يخلق المجال.
ما هي طريقة قياس شدة المجال الكهربائي؟
لقياس شدة المجال الكهربائي (E)، يتم افتراض وجود شحنة اختبار صغيرة موجبة (q) داخل المجال الكهربائي المُراد معرفة شدته والذي يكون ناشئًا عن مصدرٍ ما، يطلق عليه عادةً شحنة المصدر (Q)، بحيث تتيح شحنة الاختبار هذه قياس شدة المجال الكهربائي للمصدر عند النقطة التي تم وضعها فيها، حيث تتناسب شدة المجال الكهربائي عند شحنة الاختبار طرديًا مع مقدار الشحنة الكهربائية للمصدر (Q)، وعكسيًا مع المسافة بين مصدر المجال الكهربائي وشحنة الاختبار (d)، ويمكن حساب شدة المجال الكهربائي عند شحنة الاختبار رياضيًا باستخدام العلاقة الرياضية الآتية:[١][٢]
شدة المجال الكهربائي بالنسبة لشحنة الاختبار = القوة الكهربائية الناتجة عن المجال الكهربائي / مقدار شحنة الاختبار
بالرموز:
E = F / q
حيث إن:
- E: تقاس بوحدة النيوتن / كولوم
- F: تقاس بوحدة النيوتن
- q: تقاس بوحدة الكولوم
يتم حساب قيمة القوة الكهربائية (F) باستخدام القانون الآتي:
القوة الكهربائية = (ثابت كولوم × شحنة المصدر × شحنة الاختبار) / تربيع المسافة بين شحنة المصدر وشحنة الاختبار
بالرموز:
F=(k·Q·q)/d2
حيث إن:
- F: تقاس بوحدة النيوتن
- q وQ: يقاسان بوحدة الكولوم
- d: تقاس بوحدة المتر
- k: ثابت كولوم، وقيمته تساوي 9×109 نيوتن.م²/ كولوم².
عند تعويض قيمة القوة الكهربائية في قانون شدة المجال الكهربائي بالنسبة لشحنة الاختبار، نتوصل إلى العلاقة الآتية:
E = F / q
E = (k·Q·q)/d2 / q
E = (k·Q·q)/d2 × (1/q)
E = (k·Q·q)/d2 × (1/q)
E = k·Q / d2
ومنه نتوصل إلى قانون حساب شدة المجال الكهربائي بالنسبة لشحنة المصدر وهو:
شدة المجال الكهربائي = ثابت كولوم × شحنة المصدر / تربيع المسافة بين شحنة الاختبار وشحنة المصدر
بالرموز:
E = k·Q / d2
حيث إن:
- E: تقاس بوحدة النيوتن / كولوم
- Q: تقاس بوحدة الكولوم
- d: تقاس بوحدة المتر
- k: ثابت كولوم، وقيمته تساوي 9×109 نيوتن.م²/ كولوم².
نلاحظ من قانون حساب شدة المجال الكهربائي السابق أن شدة المجال الكهربائي E تتناسب طرديًا ع مقدار شحنة المصدر Q، وعكسيًا مع المسافة d.
ما مقدار شدة المجال الكهربائيّ عند نقطة تبعد مسافة 60 سم عن شحنة كهربائيّة مقدارها 2 × 10-6 كولوم؟
شدة المجال الكهربائي = ثابت كولوم × شحنة المصدر / تربيع المسافة بين شحنة الاختبار وشحنة المصدر
شدة المجال الكهربائي = 9×109 ×2 × 10-6 / (0.6)2
شدة المجال الكهربائي = 18×103 / (0.6)2
شدة المجال الكهربائي = 18×103 / (0.6)2
شدة المجال الكهربائي = 18×103 / 0.36
شدة المجال الكهربائي = 50×103 نيوتن / كولوم بعيدًا عن الشحنة (2 × 10-6 كولوم)، وذلك لأنها موجبة.
المراجع
- ^ أ ب "electric field strength", techtarget, Retrieved 29/12/2022. Edited.
- ^ أ ب "Electric Field Intensity", physicsclassroom, Retrieved 29/12/2022. Edited.
- ↑ "Electric Field Intensity (E).", aiche, Retrieved 29/12/2022. Edited.
