المجال الكهربائي
مُقدَّم| English | المعنى |
|---|---|
| field/fiːld/ | مجال |
| electric field/ɪˈlektrɪk fiːld/ | المجال الكهربائي |
| test charge/test tʃɑːdʒ/ | شحنة اختبار |
| uniform/ˈjuːnɪfɔːm/ | منتظم |
كيف يشعر شحنة بأخرى عبر الفراغ؟
- تدفع شحنة شحنة أخرى بعيداً، دون وجود شيء مرئي بينهما.
- نشرح ذلك بـ المجال: تمتلئ الشحنة الفضاء المحيط بها بالتأثير.
- أي شحنة أخرى موضوعة هناك تشعر بقوة من الحقل المحلي.
- الحقل هو الوسيط الذي ينقل القوة الكهربائية.
الحقل = القوة لكل وحدة شحنة
- الحقل الكهربائي عند نقطة ما هو القوة التي ستشعر بها شحنة اختبار $+1\ \text{C}$ اختبار هناك.
- $\vec E = \dfrac{\vec F}{q}$، تقاس بوحدة نيوتن لكل كولوم (N/C).
- $E$ هو متجه: له اتجاه في كل نقطة.
- بمجرد معرفتك بـ $E$، تكون القوة المؤثرة على أي شحنة مساوية لـ $\vec F = q\vec E$ فقط.
المجال الكهربائي عند نقطة ما هو:
Difficulty 1/5 · 100 coins + a small bonus on first completion today
$\vec E = \vec F / q$ — القوة التي ستشعر بها وحدة شحنة موجبة.
بمجرد معرفتك بالمجال $E$، تكون القوة على شحنة $q$ هي $F =$ ____.
Difficulty 1/5 · 100 coins + a small bonus on first completion today
$\vec F = q\vec E$ — اضرب المجال في الشحنة.
مجال الشحنة النقطية
- شحنة نقطية $Q$ تُنتج حقلًا $E = \dfrac{kQ}{r^2}$ على مسافة $r$.
- يشير بعيداً عن شحنة $Q$ موجبة و نحو شحنة $Q$ سالبة.
- يكون الأقوى بالقرب من الشحنة ويضعف كلما ابتعدنا عن $1/r^2$.
- خطوط الحقل توضح الاتجاه؛ وكلما اقتربت من بعضها، كان الحقل أقوى.
ارسم مجال شحنة ما
غيّر إشارة وحجم الشحنة ولاحظ إعادة ترتيب خطوط مجالها.
أوجد المجال (بـ N/C) $3\ \text{m}$ من شحنة $+6\ \text{nC}$. استخدم $k = 9\times10^9$.
Difficulty 2/5 · 140 coins + a small bonus on first completion today
$E = \dfrac{(9\times10^9)(6\times10^{-9})}{3^2} = \dfrac{54}{9} = 6\ \text{N/C}$.
قراءة خطوط المجال
- تبدأ الخطوط من شحنة موجبة وتنتهي عند شحنة سالبة.
- لا تتقاطع أبدًا — لأن الحقل له اتجاه واحد في كل نقطة.
- خطوط أقرب إلى بعضها تعني حقلًا أقوى.
- مماس الخط يعطي اتجاه $\vec E$ (والقوة المؤثرة على شحنة $+$).
يمكن لخطين لمجال كهربائي أن يتقاطعا عند نقطة ما.
Difficulty 1/5 · 100 coins + a small bonus on first completion today
الخطوط لا تتقاطع أبداً — المجال له اتجاه واحد فقط عند كل نقطة.
حدد جميع العبارات الصحيحة حول خطوط المجال.
Difficulty 2/5 · 140 coins + a small bonus on first completion today
الخطوط تمتد من + إلى −، وتكتظ حيث يكون قوياً، ولا تتقاطع أبداً.
حقل منتظم
- بين صفيحتين متوازيتين كبيرتين يكون الحقل منتظمًا — ثابتًا في كل مكان.
- الخطوط مستقيمة ومتساوية التباعد وتشير من $+$ إلى $-$.
- الحقل المنتظم يولد قوة ثابتة، لذا تتحرك الشحنة كقذيفة.
- سنستخدم هذه الصورة المجالية الثابتة للمكثفات.
بين صفيحتين كبيرتين متوازيتين يكون المجال:
Difficulty 1/5 · 100 coins + a small bonus on first completion today
الصفيحات المتوازية تصنع مجالاً منتظماً: خطوط مستقيمة ومتساوية التباعد.
أوجد الحقل $2\ \text{cm}$ من شحنة $+5\ \text{nC}$. استخدم $k = 9\times10^9$.
- $E = \dfrac{kQ}{r^2} = \dfrac{(9\times10^9)(5\times10^{-9})}{(0.02)^2}$.
- $E \approx 1.1\times10^{5}\ \text{N/C}$، متجهًا بعيدًا عن الشحنة.
الحقل $\vec E$ موجود سواء كان هناك شحنة اختبار أم لا — فهو خاصية للمكان الناتجة عن الشحنة المصدر. لا تقل "بدون شحنة، بدون حقل": فالمصدر لا يزال يملأ المكان بـ $E$.
الحقل الكهربائي هو القوة لكل وحدة شحنة، $\vec E = \vec F / q$ (نيوتن/كولوم)، وهو متجه يتجه بعيدًا عن $+$ نحو $-$. تخلق الشحنة النقطية $E = kQ/r^2$؛ وخطوط الحقل تُظهر اتجاهه، وكلما كانت الخطوط أقرب دل على حقل أقوى.