فهم خطوط الحقل الكهربائي وتطبيقاتها

مقدمة حول الحقل الكهربائي

عندما تتحرك الشحنات الكهربائية، فإنها تخلق تأثيرًا في المنطقة المحيطة بها، وهذا التأثير يُعرف بالحقل الكهربائي. بعبارة أخرى، الحقل الكهربائي هو المساحة التي يمكن للشحنات الكهربائية أن تؤثر فيها على شحنات أخرى. لتمثيل هذا الحقل، نستخدم خطوطًا تخيلية تسمى خطوط الحقل الكهربائي.

تحديد مسار خطوط الحقل

يتم تحديد مسار خطوط المجال الكهربائي عن طريق وضع شحنة اختبار صغيرة في مجال شحنة أخرى. إذا كانت الشحنة الموضوعة موجبة، فإنها ستتنافر مع أي شحنة موجبة أخرى، مما يعني أن خط المجال سيشير بعيدًا عن الشحنة الموجبة الأصلية. أما إذا كانت الشحنة الموضوعة سالبة، فإنها ستنجذب إلى الشحنة الموجبة الأصلية، مما يعني أن خط المجال سيشير نحوها.

السمات المميزة لخطوط المجال

تتميز خطوط المجال الكهربائي بعدة خصائص مهمة:

• لا يمكن لخطوط المجال الكهربائي أن تتقاطع أبدًا مع بعضها البعض.
• تكون خطوط المجال الكهربائي عمودية على سطح الشحنة.
• يتناسب عدد خطوط المجال الكهربائي مع مقدار الشحنة الكهربائية.
• تبدأ خطوط المجال الكهربائي من الشحنات الموجبة وتنتهي عند الشحنات السالبة.
• خطوط المجال الكهربائي هي خطوط وهمية تساعد في تصور الحقل الكهربائي.

معمليًا: تصوير خطوط المجال

إحدى الطرق البسيطة لتصور خطوط المجال الكهربائي هي استخدام برادة الحديد. في هذه التجربة، يتم وضع برادة الحديد على ورقة أو سطح مستوٍ، ثم يتم وضع مغناطيس أو شحنة كهربائية بالقرب منها. تتجه برادة الحديد لتشكيل نمط يمثل خطوط المجال المغناطيسي أو الكهربائي.

الأدوات المطلوبة:

• حوض بلاستيكي شفاف
• 4 أسلاك مع مشابك التمساح
• بطارية 9 فولت
• ورق رسم بياني

الخطوات:

1. ضع ورقة الرسم البياني تحت الحوض الشفاف.
2. املأ الحوض بكمية صغيرة من الماء (حوالي 2.5 سم).
3. ضع قضيبين معدنيين في الحوض على حواف ورقة الرسم البياني.
4. صل الطرف الموجب للبطارية بأحد القضبان باستخدام سلك، وصل الطرف السالب بالقضيب الآخر باستخدام سلك آخر.
5. باستخدام سلك آخر متصل بمقياس الفولت، ابدأ في أخذ قراءات الفولت المختلفة بين القضبان، مع تحريك السلك الموجب وتسجيل القراءات على الورق.
6. كرر هذه العملية لعدة نقاط مختلفة بين القضبان.
7. ارسم خطوطًا تربط بين النقاط التي تم تسجيلها على الورق البياني.

الملاحظات:

ستلاحظ أن الشحنة الموجبة تتجه نحو القضيب السالب وتتنافر مع القضيب الموجب. كما ستلاحظ أن الخطوط متوازية ولا تتقاطع، وتتجه من القطب الموجب إلى القطب السالب.

الفروق بين خطوط المجال المنتظمة وغير المنتظمة

المجال الكهربائي المنتظم: هو المجال الذي يكون فيه الحقل الكهربائي ثابتًا في كل نقطة، بمعنى أن له نفس المقدار والاتجاه في جميع النقاط.

المجال الكهربائي غير المنتظم: هو المجال الذي يختلف فيه مقدار أو اتجاه الحقل الكهربائي من نقطة إلى أخرى.

بشكل عام، تنشأ خطوط المجال الكهربائي على حدود المجال عند وضع نقطة اختبار موجبة صغيرة. تتأثر هذه النقطة بقوة تنافر إذا كانت الشحنة الرئيسية موجبة، وبقوة تجاذب إذا كانت الشحنة الرئيسية سالبة. تتميز هذه الخطوط بعدة خصائص، منها أنها لا تتقاطع أبدًا، ويتناسب عددها مع حجم الشحنة، وتنقسم إلى خطوط مجال منتظمة وغير منتظمة.

المصادر

• Swapnil Das, Samara Simha Reddy, and Sravanth C. contributed,” Electric Field Lines “,BRILLANT, Retrieved 25/8/2021. Edited.
• ” Electric Field Lines”,physicsclassroom, Retrieved 25/8/2021. Edited.
• ” What is Electric Field Line?”,BYJUS, Retrieved 25/8/2021. Edited.
• ” Plotting Electric Field Lines “,MAGNATIC ACADIME, Retrieved 26/8/2021. Edited.
• ” Electric Field “,CIRCUIT GLOBE, Retrieved 26/8/2021. Edited.
• ” Define uniform and non uniform electric field”,BRAINLY, Retrieved 26/8/2021. Edited.