كل ال المواد تتكون من ذرات تحتوي على جسيمات دون ذرية مثل الإلكترونات والبروتونات والنيوترونات. تُعرف هذه الجسيمات دون الذرية أيضًا بالجسيمات المشحونة. الإلكترونات لها شحنة سالبة بينما البروتونات موجبة الشحنة. إذا كانت الذرة تحتوي على عدد كبير من الإلكترونات مقارنة بعدد البروتونات ، فيُقال إنها مشحونة سالبة. بينما إذا كانت الذرة تحتوي على عدد كبير من البروتونات مقارنة بعدد الإلكترونات ، يقال إنها مشحونة إيجابياً. كل شحنة كهربائية لها مجال كهربائي مرتبط بها. إحدى خصائص الشحنة الكهربائية هي كثافة المجال الكهربائي.
ما هي كثافة المجال الكهربائي؟
تعريف: تحمل الشحنة الكهربائية الجسيمات دون الذرية للذرة مثل الإلكترونات والفوتونات. تبلغ شحنة الإلكترون حوالي 1.602 × 10-19كولوم. كل جسيم مشحون يخلق مساحة حوله يتم الشعور بتأثير قوته الكهربائية. تُعرف هذه المساحة حول الجسيمات المشحونة باسم ' الحقل الكهربائي '. متى اختبار الوحدة الشحنة في هذا المجال الكهربائي ، ستواجه القوة المنبعثة من جسيم المصدر. تُعرف كمية القوة التي تتعرض لها وحدة الجسيمات المشحونة عند وضعها في المجال الكهربائي باسم كثافة المجال الكهربائي.
شدة المجال الكهربائي هي كمية متجهة. لها الحجم والاتجاه. ستواجه شحنة الاختبار التي تخضع للمجال الكهربائي لشحنة المصدر القوة حتى لو كانت في وضع السكون. شدة المجال الكهربائي مستقلة عن الكتلة و ● السرعة من جسيم شحنة الاختبار. يعتمد فقط على كمية الشحنة الموجودة على جسيم شحنة الاختبار. يمكن أن تكون شحنة الاختبار إما جسيمًا موجب الشحنة أو جسيمًا سالب الشحنة.
يتم تحديد اتجاه المجال الكهربائي بواسطة الشحنة الموجودة على جسيم شحنة الاختبار. لاشتقاق اتجاه شدة المجال الكهربائي ، تعتبر شحنة الاختبار شحنة موجبة. لذلك ، عندما يتم إدخال جسيم شحنة اختبار موجب في هذا المجال الكهربائي ، فإنه سيختبر قوة تنافر. وبالتالي ، سيتم توجيه شدة المجال الكهربائي في الاتجاه بعيدًا عن الشحنة. بينما بالنسبة لشحنة اختبار سالبة الشحنة ، سيكون اتجاه قوة شدة المجال الكهربائي باتجاه جسيم شحنة المصدر.
صيغة شدة المجال الكهربائي
دعونا نفكر في جسيم مشحون بشحنة 'Q'. هذا الجسيم المشحون يخلق مجالًا كهربائيًا حوله. نظرًا لأن هذا الجسيم المشحون هو مصدر المجال الكهربائي ، يشار إليه على أنه مصدر الشحنة. يمكن حساب قوة المجال الكهربائي الناتج عن شحنة المصدر عن طريق وضع شحنة أخرى في مجالها الكهربائي. يسمى هذا الجسيم الشحنة الخارجية الذي يستخدم لقياس شدة المجال الكهربائي بشحنة الاختبار. دع الشحنة على شحنة الاختبار تكون 'q'.
شدة المجال الكهربائي
عندما يتم وضع شحنة اختبار في المجال الكهربائي ، فإنها ستواجه إما قوة كهربائية جذابة أو مصدرًا كهربائيًا منفردًا. دع القوة يُشار إليها بـ 'F'. الآن ، يمكن تعريف حجم شدة المجال الكهربائي على أنه 'القوة لكل شحنة على شحنة الاختبار'. وبالتالي ، يتم إعطاء شدة المجال الكهربائي 'E' كـ
E = F / q —— Eqn1
هنا ، يتم اعتبار الشحنة الموجودة على جسيم شحنة الاختبار بدلاً من الشحنة الموجودة على جسيم الشحنة المصدر. عند النظر في وحدات SI ، فإن وحدات كثافة المجال الكهربائي هي نيوتن لكل كولوم. شدة المجال الكهربائي مستقلة عن مقدار الشحنة على جسيم شحنة الاختبار. يتم قياسه بنفس الطريقة حول شحنة المصدر بغض النظر عن شحنة جسيم شحنة الاختبار.
من قانون كولوم
تُعرف شدة المجال الكهربائي أيضًا باسم شدة المجال الكهربائي. يمكن أيضًا اشتقاق صيغة شدة المجال الكهربائي من قانون كولوم. يعطي هذا القانون العلاقة بين شحنات الجسيمات والمسافة بينها. هنا ، الشحنتان هما 'q' و 'Q'. وبالتالي ، فإن القوة الكهربائية 'F' تُعطى كـ
F = k.q.Q / داثنين
حيث k هو ثابت التناسب ود هو المسافة بين الشحنات. عندما يتم استبدال هذه المعادلة بالقوة في المعادلة 1 ، يتم اشتقاق صيغة شدة المجال الكهربائي
ه = ك. س / داثنين
توضح المعادلة أعلاه أن شدة المجال الكهربائي تعتمد على عاملين - الشحنة على شحنة المصدر 'Q' والمسافة بين شحنة المصدر وشحنة الاختبار.
وبالتالي ، فإن شدة المجال الكهربائي للشحنة تعتمد على الموقع. يتناسب عكسياً مع مربع المسافة بين شحنة المصدر وشحنة الاختبار. مع زيادة المسافة ، تقل شدة المجال الكهربائي أو شدة المجال الكهربائي.
حسابات شدة المجال الكهربائي
من صيغة شدة المجال الكهربائي ، تم اشتقاق ما يلي-
- يتناسب عكسيا مع المسافة بين المصدر ورسوم الاختبار.
- يتناسب طرديا مع الشحنة 'Q' على شحنة المصدر.
- لا تعتمد على الشحنة على شحنة الاختبار 'q'.
عندما يتم تطبيق هذه الشروط على قانون التربيع العكسي ، يتم إعطاء العلاقة بين شدة المجال الكهربائي (E1) على مسافة d1 وشدة المجال الكهربائي (E2) على مسافة (d2) كما يلي:
E1 / E2 = داثنين1 / داثنيناثنين
وهكذا ، عندما تزداد المسافة بمعامل 2 ، ستنخفض شدة المجال الكهربائي بمعامل 4.
احسب شدة المجال الكهربائي المؤثرة على جسيم شحنة -1.6 × 10-19C عندما تكون القوة الكهربائية 5.6 × 10-خمسة عشرن.
هنا ، القوة F والشحنة 'q' معطاة. ثم يتم حساب شدة المجال الكهربائي E على النحو التالي ه = ف / ف
هكذا، E = 5.6 × 10-خمسة عشر/-1.6x10-19= -3.5 × 104غير متاح
صيغة الأبعاد للقوة (نيوتن) لوحدة كجم.م / ثاثنينهو MLT-اثنين. صيغة الأبعاد لكولوم أمبير ثانية هي AT. وبالتالي ، فإن صيغة الأبعاد لشدة المجال الكهربائي هي MLT-3إلى-1.
أسئلة وأجوبة
1). كيف يتم تعريف المجال الكهربائي؟
يُعرَّف المجال الكهربائي بأنه القوة لكل وحدة شحنة.
2). ما قيمة ثابت التناسب 'ك'؟
قيمة ثابت التناسب 'k' في قانون كولوم هي 9.0 × 109ماثنين/ جاثنين.
3). هل تعتمد شدة المجال الكهربائي على كمية الشحنة على شحنة الاختبار؟
لا ، شدة المجال الكهربائي لا تعتمد على الكمية 'q'. وفقًا لقانون كولوم مع زيادة الشحنة ، تزداد القوة الكهربائية أيضًا بنفس العامل. وبالتالي ، فإن هذين التغيرين يلغي كل منهما الآخر. يمكن فهم ذلك من خلال صيغة شدة المجال الكهربائي ، E = F / q.
4). ما اتجاه شدة المجال الكهربائي عند استخدام جسيم الاختبار موجب الشحنة؟
عند استخدام جسيم الشحنات الموجبة ، سيتم دائمًا توجيه متجه شدة المجال الكهربائي بعيدًا عن الأجسام الموجبة الشحنة. نظرًا لأن كل من شحنة المصدر وشحنة الاختبار لهما شحنة موجبة ، فإنهما يتنافران. هذا هو العكس من الجسيمات السالبة الشحنة.
وبالتالي ، تصبح الأمور صعبة عندما يتم وضع شحنة النقطة تحت تأثير العديد من رسوم المصدر. هنا في البداية المجال الكهربائي يتم حساب قوة رسوم المصدر الفردية. بعد ذلك ، يعطي مجموع المتجهات لكل هذه الشدة شدة المجال الناتجة عند تلك النقطة الشحنة. ما اتجاه شدة المجال الكهربائي عندما تكون شحنة الاختبار سالبة؟
