المجال الكهربائي هو منطقة حول جسم مشحون حيث يمكن للأجسام المشحونة الأخرى الشعور بتأثيرات شحنته. تعتبر المجالات الكهربائية مركزية في دراسة الكهرباء الساكنة والفيزياء، حيث توفر مفهومًا أساسيًا يشرح كيفية تفاعل الشحنات عبر مسافة. هذه المجالات غير مرئية، ولكن آثارها حقيقية للغاية، حيث تؤثر على سلوك الجسيمات والأشياء المشحونة في عالمنا اليومي.
تنبعث المجالات الكهربائية من الشحنات الكهربائية وتمتد إلى ما لا نهاية في جميع أنحاء الفضاء، وتتضاءل قوتها مع زيادة المسافة من الشحنة. يتم تعريف اتجاه المجال على أنه الاتجاه الذي ستتحرك فيه شحنة الاختبار الإيجابية إذا تم وضعها داخل المجال. وبالتالي، يشع المجال الكهربائي المحيط بالشحنة الموجبة إلى الخارج، بينما يتقارب المجال الكهربائي المحيط بالشحنة السالبة إلى الداخل.
يمكن وصف قوة المجال الكهربائي رياضياً بالمعادلة:
\( E = \dfrac{F}{q} \)أين:
توضح هذه العلاقة أن المجال الكهربائي هو مقياس للقوة لكل وحدة شحنة تتعرض لها شحنة اختبار موضوعة داخل المجال.
يمكن حساب المجال الكهربائي ( \(E\) ) الناتج عن شحنة نقطة واحدة (Q) باستخدام قانون كولوم:
\( E = \dfrac{k \cdot Q}{r^2} \)أين:
يمكن تصور المجالات الكهربائية باستخدام خطوط المجال الكهربائي . هذه الخطوط هي أداة تصويرية تستخدم لتمثيل اتجاه وقوة المجال الكهربائي. تشير كثافة الخطوط إلى قوة المجال، بينما تشير الخطوط الأقرب إلى مجال أقوى. يشير اتجاه الخطوط إلى اتجاه القوة التي قد تتعرض لها شحنة الاختبار الإيجابية.
إجمالي المجال الكهربائي الناتج عن الشحنات المتعددة هو المجموع المتجه للحقول الفردية الناتجة عن كل شحنة. يسمح لنا مبدأ التراكب هذا بحساب المجالات الكهربائية المعقدة الناتجة عن أنظمة الأجسام المشحونة.
تلعب المجالات الكهربائية دورًا حيويًا في العديد من الظواهر التكنولوجية والطبيعية:
تتضمن تجربة بسيطة لتصور المجالات الكهربائية رش قطع صغيرة من الورق على لوح أكريليك موضوع فوق مولد فان دي غراف. عند تشغيل المولد، يؤدي المجال الكهربائي الناتج إلى محاذاة قطع الورق على طول خطوط المجال، مما يوفر تمثيلاً مرئيًا لنمط المجال الكهربائي.
تعد المجالات الكهربائية جزءًا لا يتجزأ من فهم التفاعلات بين الجسيمات المشحونة. من خلال استكشاف مفاهيم قوة المجال، والاتجاه، ومبدأ التراكب، نكتسب نظرة ثاقبة للقوى التي تحكم سلوك الشحنات في كل من الأنظمة الطبيعية والاصطناعية. ومن خلال العلاقات الرياضية والنماذج المرئية مثل خطوط المجال، تصبح المجالات الكهربائية جسرًا يربط بين الكهرباء الساكنة النظرية والتطبيقات العملية في الفيزياء وخارجها.
