خصائص المجال الكهربائي

المجال الكهربائي هو خاصية كهربائية مرتبطة بكل نقطة عندما تكون الشحنة موجودة بأي شكل من الأشكال، حيث يتم التعبير عن حجم واتجاه المجال الكهربائي بقيمة E، ومعرفة قيمة المجال الكهربائي في نقطة ما، دون أي معرفة محددة لما أنتج المجال، وهو كل ما هو مطلوب لتحديد ما سيحدث للشحنات الكهربائية بالقرب من تلك النقطة بالذات، وعندما ينتشر الضوء الأبيض عن طريق المنشور، تظهر حينها ألوان الطيف المرئي، وتختلف الألوان وفقًا لأطوال موجاتها، فالبنفسجي لديه أعلى الترددات وأقصر الأطوال الموجية، والأحمر لديه أدنى الترددات وأطول الأطوال الموجية، وسيتحدث هذا المقال عن خصائص المجال الكهربائي.[١]
قوة المجال الكهربائي
بدلاً من اعتبار القوة الكهربائية بمثابة تفاعل مباشر لشحنتين كهربائيتين على مسافة من بعضهما البعض، تعتبر شحنة واحدة مصدرًا لمجال كهربائي يمتد للخارج إلى الفضاء المحيط، والقوة التي تمارس على شحنة ثانية في هذا الفضاء تعتبر بمثابة تفاعل مباشر بين المجال الكهربائي والشحنة الثانية، وتعتمد قوة المجال الكهربائي على شحنة المصدر، وليس على شحنة الاختبار، وبالمعنى الدقيق للكلمة، فإن إدخال شحنة اختبار صغيرة، والتي لها مجال كهربائي بحد ذاته، يعادل قليلًا المجال الحالي، ويمكن اعتبار المجال الكهربائي بمثابة قوة لكل وحدة شحنة موجبة تمارس قبل تأثر المجال الكهربائي بوجود شحنة اختبار. [١]
خصائص المجال الكهربائي
اقترح مايكل فاراداي مفهوم المجال الكهربائي لأول مرة في القرن التاسع عشر، حيث كان فاراداي يفكر دائمًا في خطوط المجال الكهربائي كخطوط يمكن استخدامها لوصف وتفسير المجال الكهربائي غير المرئي، بدلًا من استخدام مخطط متجه معقد في كل مرة، حيث يمكن استخدام خطوط المجال الكهربائي لوصف خصائص المجال الكهربائي حول نظام الشحنات بطريقة أسهل، وعادة ما تكون قوة المجال الكهربائي متناسبة مباشرة مع أطوال خطوط المجال الكهربائي أيضًا، ونظرًا لأن المجال الكهربائي يتناسب عكسيًا مع مربع المسافة، فإن شدة المجال الكهربائي تتناقص بالابتعاد عن الشحنة، وعلاوة على ذلك، يتم وصف حجم المجال الكهربائي جيدًا بكثافة الشحنات، وتمثل الخطوط الأقرب إلى الشحنة مجالًا كهربائيًا قويًا والخطوط البعيدة عن الشحنة مطابقة للحقل الكهربائي الضعيف، وذلك لأن قوة المجال الكهربائي تقل كلما ابتعدنا عن الشحنة، وتُظهر خطوط المجال الكهربائي عمومًا الخواص الواجب مراعاتها لطبيعة المجالات الكهربائية، وبعض من خصائص المجال الكهربائي العامة تتمثل في خصائص الخطوط وهي كالآتي:[٢]
تبدأ خطوط المجال الكهربائي من شحنة موجبة وتنتهي بشحنة سالبة، وفي حالة الشحنة الواحدة، تنتهي خطوط المجال الكهربائي عند اللانهاية، في منطقة خالية من الشحن، وخطوط المجال الكهربائي مستمرة.
لا يتقاطع خطان للمجال الكهربائي أبدًا، كما لو كانا كذلك، وسيكون هناك متجهان يصوران اتجاهين لنفس المجال الكهربائي، وهو أمر غير ممكن.
هذه الخطوط لا تشكل حلقة مغلقة، هذا لأن المجال الكهربائي محافظ في الطبيعة وبالتالي لا تشكل الخطوط حلقة مغلقة.
العلاقة بين المجال الكهربائي والمجال المغناطيسي
عندما تتحرك الشحنة الكهربائية لا يوجد لديها مجال كهربائي فحسب، بل يوجد مجال مغناطيسي أيضًا، وهذا هو السبب في أن المجالات الكهربائية والمغناطيسية ترتبط دائمًا مع بعضها البعض، وهما مجالان مختلفان، لكنهما ليسا ظاهرتين منفصلتين تمامًا، فالشحنات التي تتحرك في نفس الاتجاه تنتج تيار كهربائي، وبالتالي، عندما يكون هناك تيار كهربائي، فهناك مجال مغناطيسي موجود، ويتم التعبير عن قوة المجال المغناطيسي بوحدة تيسلا Tesla ، والمواد المغناطيسية لها مجالات مغناطيسية من حولها، والتي تعتبر ملازمة لها، حيث تم اكتشاف المجالات المغناطيسية بسبب القوة التي تمارسها على المواد المغناطيسية وغيرها من الشحنات الكهربائية المتحركة، ويُعدّ المجال المغناطيسي أيضًا مجالًا متجهًا، نظرًا لأن لديه اتجاهًا وحجمًا محددين، في حين يتمتع المجال الكهربائي بقوة متناسبة مع مقدار الشحنة الكهربائية داخل المجال، وتكون القوة في اتجاه المجال الكهربائي، من ناحية أخرى، تتناسب قوة المجال المغناطيسي مع الشحنة الكهربائية أيضًا، ولكنها تأخذ أيضًا في الاعتبار سرعة الشحنة المتحركة، فالقوة المغناطيسية تكون عمودية على المجال المغناطيسي واتجاه الشحنة المتحركة، وتجدر الإشارة إلى أن كل منهما يمكن أن يوجد بدون الآخر، فعلى سبيل المثال، يمكن أن توجد مجالات مغناطيسية بدون مجالات كهربائية في مغناطيس دائم، وفي المقابل، الكهرباء الساكنة يمكن أن يكون لها مجال كهربائي دون وجود لمجال مغناطيسي.[٣]