مفهوم خطوط المجال الكهربائي
تتحرك الشحنات الكهربائية، وتؤثر هذه الحركة على الفراغ المحيط بالشحنات، وتصنع فيه ما يُسمى بالمجال الكهربائي، أي المنطقة التي يمكن للشحنات الكهربائية التأثير في غيرها من الشحنات، ويتم تمثيل هذا المجال بخطوط وهمية تُسمى خطوط المجال الكهربائي.
اتجاه خطوط المجال الكهربائي
يحدد اتجاه خطوط المجال الكهربائي، عند وضع شحنة للاختيار، في حيز مجال الشحنة الموجبة، فإذا وضع في المجال شحنة موجبة، فستتنافر الشحنتان لأنهما متشابهتان في أن كلتاهما موجبتان، أي أن شحنة الاختبار ستتحرك بعيدًا، إذ تمثل بسهم خارج، أما إن وضعت شحنة اختبار سالبة، فستتجاذبان، لأنهما مختلفتان، أي ستتقرب، وتمثل بسهم داخل.
خصائص خطوط المجال الكهربائي
تمتاز خطوط المجال الكهربائي بعدة خصائص منها:
- لا تتقاطع خطوط المجال الكهربائي مع بعضها بعضًا.
- تتعامد خطوط المجال الكهربائي مع سطح الشحنة.
- تتناسب عدد خطوط المجال الكهربائي مع حجم الشحنة.
- تبدأ خطوط المجال الكهربائي عند الشحنة الموجبة، وتنتهي عند الشحنة السالبة.
- تعد خطوط المجال الكهربائي خطوطًا وهمية.
تجربة تمثيل خطوط المجال الكهربائي
تعد تجربة وضع برادة الحديد على حدود المجال الكهربائي، طريقة سهلة لمعرفة أو مشاهدة خطوط المجال الكهربائي عمليًا، وتُجرى هذه التجربة بالأدوات الآتية؛ وهي؛ حوض بلاستيكي شفاف، 4 أسلاك مع مشابك التمساح، بطارية 9 فولت، ورق رسم بياني، وكتابة الأرقام على الصفوف الحروف على الأعمدة، ثم وضعها تحت الحوض، وملئه بنحو 2.5 سم من الماء، بعد ذلك يوضع القضيبين المعدنيين في الحوض عند حواف ورقة الرسم البياني، إذ يُتوقع القدرة على رؤية ورقة الرسم البياني من خلال قاع الحوض.
يوصل الطرف الموجب للبطارية بأحد القضبان باستخدام سلك، ويوصل الطرف السالب للبطارية بالقضيب الآخر باستخدام سلك آخر، يبدأ قراءة قياسات الفولت المختلفة من خلال وضع الرصاص الموجب (الرصاص الأحمر) في مكان ما بين القضيبين، مع تحريك الشحنة السالبة، وتسجيلها على الورق، ثم تحريك شحنة الاختبار، إلى ما بين القضيبين، ثم إلى مواقع مختلفة، مع الاستمرار في ذلك للحصول على خمس نقاط على الأقل وتسجيلها على الورق، وأخيرًا يُرسم خط يربط بين النقاط على الورق البياني، مع استمرار القيام بذلك باستخدام مواقع مختلفة في الحوض، حتى تتكون فكرة جيدة عن شكل خطوط المجال.
يلاحظ من التجربة أن شحنة الاختبار الموجبة تتجه نحو القضيب السالب لأنها مختلفة الشحنة، وتتنافر عند وضعها بالقرب من القضيب الموجب، ويلاحظ من الرسم البياني أن الخطوط متوازية لا تتقاطع، وتتجه من القطب السالب للموجب.
الفرق بين خطوط المجال الكهربائي المنتظم وغير المنتظم
يتكون المجال الكهربائي المنتظم، عندما يكون المجال الكهربائي ثابتًا في كل نقطة، أي أن له نفس المقدار والاتجاه عند جميع النقاط، وهذا يرجع إلى أن له الحجم والاتجاه نفسه في كل مكان في مساحة معينة، أما المجال غير المنتظم فيختلف حجمه أو اتجاهه أو يختلف كل من الاتجاه والحجم عند كل نقطة.
خطوط المجال الكهربائي، هي خطوط وهمية تنشأ على حدود المجال عند وضع نقطة اختبار موجبة صغيرة، إذ تتأثر بقوة تنافر إذا كانت الشحنة الرئيسية موجبة، وتتأثر بقوة تجاذب إذا كانت الشحنة الرئيسية سالبة، ولهذه الخطوط عدة خصائص، منها أنها لا تتقاطع أبدًا، ويتناسب عددها مع حجم الشحنة، وتقسم إلى خطوط مجال منتظمة وغير منتظمة.
