ما هي خطوط المجال الكهربائي: الخصائص وتمثيلها

تم تقديم مفهوم خطوط المجال الكهربائي بواسطة مايكل فاراداي ، ولد في 22 سبتمبر 1791 في لندن وتوفي في 25 أغسطس 1867 في قصر هامبتون كورت ، موليسي. في العديد من مجالات الفيزياء ، تعد المجالات الكهربائية مهمة وفي التكنولوجيا الكهربائية يتم استغلال هذه المجالات عمليًا. القوة الجاذبة بين الإلكترونات والنواة الذرية هي المسؤولة عن المجالات الكهربائية. وحدة SI لشدة إشارة المجال الكهربائي هي v / m (فولت لكل متر) وبالمجالات المغناطيسية المتغيرة بمرور الوقت أو بواسطة الشحنات الكهربائية ، يتم إنشاء الحقول الكهربائية. تمت مناقشة شرح موجز لخطوط الحقول الكهربائية وتمثيل خطوط المجال.

ما هي خطوط المجال الكهربائي؟

تعريف: يُعرَّف خط المجال الكهربائي بأنه المنطقة التي تتعرض فيها الشحنة الكهربائية لقوة. يمكن أن تكون الأجسام المشحونة موجبة أو سالبة ، حيث تجذب الشحنات المعاكسة بعضها البعض وتتنافر الشحنات. خطوط المجال عبارة عن تمثيلات مرئية للمجال الكهربائي الذي تم إنشاؤه بواسطة شحنة واحدة أو مجموعة من الشحنات ويتم اختصارها على أنها حقل E. هذا مفهوم ثلاثي الأبعاد ، وبالتالي لا يمكن تخيله بدقة كبيرة في المستوى. يمثل الحرف E متجه المجال الكهربائي وهو مماس لخط المجال عند كل نقطة. اتجاه هذه الخطوط هو نفس اتجاه متجه المجال الكهربائي.

كثافة المجال الكهربائي بسبب نقطة الشحن ومجموعة الشحن

يمكن الحصول على شدة المجال الكهربائي بسبب الشحنات النقطية باستخدام قانون كولوم. شدة المجال الكهربائي بسبب شحنة النقطة موضحة في الشكل أدناه.

شدة المجال الكهربائي بسبب شحنة نقطة

وفقًا لقانون كولوم ، يتم التعبير عن القوة 'F' كـ

F = q * q₀/ 4Πε₀ص^اثنينص ̂ ……………………………… (1)

يتم التعبير عن شدة المجال الكهربائي بسبب شحنة النقطة.

ه = ف / ف₀ص ̂ ………………………. اي كيو (2)

سيحصل البديل eq (1) في eq (2) على تعبير شدة المجال الكهربائي جنبًا إلى جنب مع شحنة النقطة و اختبار الحمل

ه = ف * ف₀/ 4Πε₀ص^اثنين* 1 / ف_{0 ص ̂}

ه = ف / 4Πε₀ص^اثنينص ̂ …………………… (3)

حيث r ̂ هو متجه الوحدة

المعادلة (3) هي شدة المجال الكهربائي بسبب شحنة النقطة جنبًا إلى جنب مع شحنة النقطة وشحنة الاختبار. شدة المجال الكهربائي بسبب مجموعة الشحنات موضحة في الشكل أدناه

شدة المجال الكهربائي بسبب مجموعة الشحنات

أين ف _{1 ،}ماذا او ما_اثنين،ماذا او ما_{3 ،}ماذا او ما_{4 ،}ماذا او ما_{5 ،}ماذا او ما₆………. ماذا او ما _ن هي التهم و ص_{1 ،}ص_اثنين،ص_{3 ،}ص_{4 ،}ص_{5 ،}ص₆………. ص_ن هي المسافات.

يتم إعطاء شدة المجال الكهربائي بسبب مجموعة الشحنات عند النقطة p بواسطة

ه = ه₁+ إي_اثنين+ إي₃+ إي₄+ ……… + هـ_ن………………………. اي كيو (4)

كما نعلم أن شدة المجال الكهربائي بسبب شحنة النقطة يتم التعبير عنها في المعادلة أعلاه (3) ، بالمثل

يكون₁= ف₁/ 4Πε₀ص₁^اثنينص ̂₁

يكون_اثنين= ف_اثنين/ 4Πε₀ص_اثنين^اثنينص ̂_اثنين

يكون3= ف₃/ 4Πε₀ص₃^اثنينص ̂₃…………يكونن= ف_ن/ 4Πε₀ص_ن^اثنينص ̂_ن

البديل E_{1 ،}يكون_اثنين،يكون_{3 ،}يكون_{4 ،}………يكون_ن القيم في المعادلة (4) ستحصل

ه = ف₁/ 4Πε₀ص₁^اثنينص ̂₁+ ف_اثنين/ 4Πε₀ص_اثنين^اثنينص ̂_اثنين+ ف₃/ 4Πε₀ص₃^اثنينص ̂3+ ……… .. + فن/ 4Πε₀ص_ن^اثنينص ̂_ن

ه = 1/4₀[ماذا او ما₁/ ص₁^اثنينص ̂₁+ ف_اثنين/ ص_اثنين^اثنينص ̂_اثنين+ ف₃/ ص₃^اثنينص₃̂ + ……… .. + ف_ن/ ص_ن^اثنينص ̂_ن] ………………………………. اي كيو (5)

المعادلة (5) هي شدة المجال الكهربائي بسبب مجموعة الشحنات

تمثيل خطوط المجال

لـ q> 0: عندما تكون q أكبر من الصفر (q> 0) ، تكون الشحنة موجبة وتكون خطوط المجال متجهة للخارج شعاعيًا. تظهر خطوط الحقل لـ q> 0 في الشكل أدناه.

خط المجال الكهربائي لشحن أكبر من الصفر

ل q<0: عندما تكون q أقل من صفر (q<0), the charge is negative and the field lines are radially inward. The field lines for q<0 are shown in the below figure.

مقابل q أقل من الصفر

على عكس الشحنات أو ثنائي القطب: تمثيل خطوط المجال على عكس الرسوم أو ثنائي القطب هو مبين في الشكل أدناه.

خطوط المجال الكهربائي لشحنات مختلفة

لرسوم مماثلة

إذا كان | q1 | = | q2 |: إذا كانت تهمة q₁و q_اثنينمتساويان ، النقطة المحايدة وشدة المجال هي صفر لشحنات مماثلة وهي في مركز q₁و q_اثنينشحنة.

شحنة q1 تساوي q2

إذا | q1 |> | q2 |: إذا كانت تهمة q₁أكبر من q_اثنين، تحول النقطة المحايدة 'p' نحو الشحنة q_اثنينبحجم أصغر.

المجال الكهربائي الموحد: في المجال الكهربائي المنتظم ، تبدأ خطوط المجال من الشحنة الموجبة وتنتقل إلى الشحنة السالبة. خطوط المجال متساوية البعد والخطوط متوازية في المجال الكهربائي المنتظم.

مجال كهربائي موحد

ملكيات

خصائص خطوط المجال الكهربائي

• تبدأ خطوط المجال من الشحنة الموجبة وتنتهي عند الشحنة السالبة
• خطوط المجال مستمرة
• لا تتقاطع خطوط المجال أبدًا (السبب: إذا تقاطعت مع بعضها البعض ، فسيكون هناك اتجاهان للمجال الكهربائي عند النقطة غير الممكنة)
• في منطقة المجال الكهربائي القوي ، تكون الخطوط قريبة جدًا من بعضها البعض بينما في منطقة خطوط المجال الكهربائي الضعيفة بعيدة
• في منطقة خط المجال الكهربائي الموحد ، توجد خطوط متوازية متساوية البعد
• تكون خطوط المجال دائمًا طبيعية على سطح الموصل

قواعد رسم خطوط المجال الكهربائي

قواعد رسم خطوط الحقل هي

• بالنسبة لمجموعة معينة من الشحنات النقطية ، تنشأ خطوط المجال دائمًا من شحنة موجبة وتنتهي بشحنة سالبة. في حالة وجود بعض الشحنات الزائدة ، ستبدأ بعض الخطوط أو تنتهي إلى أجل غير مسمى.
  على سبيل المثال ، في الشكل أعلاه ف₁أكبر من q_اثنين. نشأت الخطوط في q_اثنين، حتى تهمة q_اثنينموجب وفي الشحنة q₁بعض السطور تأتي من مسافة بعيدة بلا حدود.
• يتناسب عدد الخطوط المرسومة المنتهية بشحنة سالبة أو التي تترك شحنة موجبة مع مقدار الشحنة.
  لذا ، كلما زادت الشحنة ، ستترك المزيد من الخطوط منها إذا كانت شحنة موجبة أو تنتهي بها إذا كانت شحنة سالبة.
• لا تتقاطع خطوط المجال مع بعضها البعض

الأسئلة الشائعة

1). ما هي أنواع خطوط المجال الكهربائي؟

المجال الكهربائي الموحد والمجال الكهربائي غير المنتظم هما نوعان من خطوط المجال الكهربائي. يُقال أن خط المجال هو مجال كهربائي موحد عندما يكون المجال الكهربائي ثابتًا ويقال إنه مجال كهربائي غير منتظم عندما يكون المجال غير منتظم في كل نقطة.

2). كيف تصنع مجالا كهربائيا؟

بواسطة الشحنات الثابتة ، يتم إنتاج المجال الكهربائي ، وبواسطة الشحنات المتحركة يتم إنتاج المجال المغناطيسي.

3). كيف يتم إنتاج المجال الكهربائي؟

يتم إنتاج المجال الكهربائي بواسطة الجسيمات المشحونة. في اتجاه المجال ، تتسارع الشحنات الموجبة وفي الاتجاه المعاكس للمجال ، تتسارع الجسيمات سالبة الشحنة.

4). ما هي شدة المجال الكهربائي بسبب الشحنات النقطية؟

يتم التعبير عن شدة المجال الكهربائي بسبب شحنة النقطة جنبًا إلى جنب مع شحنة النقطة وشحنة الاختبار

ه = ف / 4Πε₀ص^اثنينص ̂

حيث E هي شدة المجال الكهربائي ، r ̂ هو متجه الوحدة و q هي الشحنة.

5). كيف تشير خطوط المجال الكهربائي إلى قوة المجال؟

تعتمد شدة خطوط المجال الكهربائي على شحنة المصدر ويكون المجال الكهربائي قوياً عندما تكون خطوط المجال قريبة من بعضها.

في هذه المقالة ، الحقل الكهربائي تمت مناقشة الشدة بسبب شحنة النقطة ومجموعة الشحنة ، وتمثيل خطوط المجال ، وخطوط مجال الخصائص ، وقواعد رسم خطوط المجال الكهربائي. هذا سؤال لك ، ما هي شحنة الاختبار وشحنة النقطة في مجال كهربائي؟