حقل كهربائي

هو المسار الذي تسلُكه شحنة اختبار موجبة حرة الحركة عند وضعها في المجال، وهو خط وهمي.

خصائص خطوط المجال الكهربائي

شكل يوضح خطوط المجال الكهربي لشحنة موجبة (أحمر) وشحنة سالبة (أزرق).

• خطوط المجال الكهربائي خطوط وهمية اتفق على أنها تبدأ من الشحنة الموجبة وتنتهي إلى الشحنة السالبة.
• تتناسب كثافة خطوط المجال طردياً مع مقدار الشحنة الكهربائية.
• تنتهي الخطوط على سطح الشحنة ولا تخترقها.^{[بحاجة لدقة أكثر]}
• يتناسب عدد خطوط المجال التي تقطع عمودية على وحدة المساحة تناسباً طرديا مع شدة المجال.
• يدل إتجاه المماس لخط المجال عند أي نقطة على إتجاه المجال الكهربائي في تلك النقطة.
• خطوط المجال الكهربائي لا تتقاطع .
• خطوط وهمية تخرج من الشحنة الموجبة وتدخل في السالبة.
• تدل كثافة الخطوط على قيمة شدة المجال في المنطقة حيث تتناسب طرديا معها.

هو حالة خاصة من المجال ويعرف على أنه المجال الذي قيمته ثابته عند جميع النقاط ويمكن الحصول عليه من خلال صفيحتين متوازيتين مساحتهما كبيرة والمسافة بينهما صغيرة مشحونتين بنفس مقدار الشحنة لكن الأولى موجبة والثانية سالبة.

في المجال الكهربائي المنتظم تكون شدة المجال متساوية وفي نفس الاتجاه . فمثلا المجال الكهربائي بين لوحين تكون شدة المجال الكهربائي متساوية وتعادل :

${\displaystyle {\vec {E}}={\frac {\Delta V}{\Delta x}}}$

حيث :

• E = شدة المجال الكهربائي ب فولت/متر،
• ΔV = فرق الجهد بالفولت
• Δx = المسافة بين اللوحين بالمتر.

يصف قانون كولوم كيف يمكن إيجاد مقدار واتجاه المجال الكهربائي الناشيء من نقطة مشحونة بالقانون التالي:

${\displaystyle \mathbf {E} ={1 \over 4\pi \varepsilon _{0}}{q \over r^{2}}\mathbf {\hat {r}} \ }$

حيث:

${\displaystyle q}$ هي قيمة الشحنة الكهربائية بالكولوم.

${\displaystyle r}$ هي المسافة بين الشحنة الكهربائية والنقطة المراد حساب قيمة المجال الكهربائي لديها.

${\displaystyle \mathbf {\hat {r}} }$ هو متجه الوحدة بين النقطة المشحونة والنقطة المراد حساب اتجاه المجال الكهربائي منها أو إليها.

${\displaystyle \varepsilon _{0}}$i هو الثابت الكهربائي.

وبتطبيق مبدأ التراكب يصبح حساب مقدار واتجاه المجال الكهربائي الناشئ ممكنا، حيث يجري حساب مقدار المجال الكهربائي الناشئ من كل نقطة على حدة ثم جمع كل المركبات الناتجة جمعا متجهيا ووفقا للصيغة الرياضية أدناه:

${\displaystyle \mathbf {E} =\sum _{i=1}^{n_{q}}{\mathbf {E} _{i}}=\sum _{i=1}^{n_{q}}{{1 \over 4\pi \varepsilon _{0}}{q_{i} \over r_{i}^{2}}\mathbf {\hat {r}} _{i}}.}$

حيث

${\displaystyle n_{q}}$ هي عدد النقاط المشحونة الكلية .

${\displaystyle \nabla \cdot \mathbf {E} ={\frac {\rho }{\varepsilon _{0}}}.}$

يعتمد على حساب تباعد خطوط المجال الكهربائية المتدفقة عبر سطح مغلق ويستخدم هذا القانون لحساب المجالات الكهربائية في حالات يكون فيها توزيع الشحنات الكهربائية على درجه عاليه من التماثل مثل كرات مشحونه بشحنه منتظمه التوزيع أو اسطوانات طويله أو سطوح مستويه ذات أبعاد كبيرة جدا.أما قانون كولوم فيستخدم لحساب المجالات الكهربائية لشحنات كهربائيه نقطيه.

تغير مقدار المجال الكهربائي بالنسبة للزمن يولد حتما مجالا مغناطيسيا متغيرا في الزمن، والمجال المغناطيسي المتغير يولد كذلك مجالا كهربائيا متغيرا في الزمن.،هذا أساس توليد الكهرباء والموجات الكهرومغناطيسية.و القانون الذي يحكم هذا التوليد المتناوب بين المجالين الكهربائي والمغناطيسي هو قانون فرداي الناص على ما يلي:

${\displaystyle \nabla \times \mathbf {E} =-{\frac {\partial \mathbf {B} }{\partial t}}}$

where

${\displaystyle \nabla \times \mathbf {E} }$ تكور المجال الكهربائي.

${\displaystyle -{\frac {\partial \mathbf {B} }{\partial t}}}$ معدل تغير المجال المغناطيسي في الزمن.

يحمل المجال الكهربائية طاقة يبلغ قدرها

${\displaystyle u={\frac {1}{2}}\varepsilon |\mathbf {E} |^{2}\,,}$

حيث ${\displaystyle u}$ هي كثافة الطاقة الكهربائية (مقدار الطاقة الكهربائية لكل متر مكعب).ووحدة قياسها جول\م³

ولحساب الطاقة الكلية يجري حساب التكامل الحجمي لكثافة الطاقة الكهربائية.

الطاقة الكهربائية الكلية =${\displaystyle {\frac {1}{2}}\varepsilon \int _{V}|\mathbf {E} |^{2}\,\mathrm {d} V\,,}$

• شدة المجال الكهربائي
• سماحية
• سماحية الفراغ
• شحنة أولية
• قانون كولوم
• نظرية الفردية

• بوابة الفيزياء
• بوابة كهرباء
• بوابة هندسة
• بوابة إلكترونيات