اقرأ في هذا المقال
- ما هي خطوط القوة الكهربائية؟
- شرح مفهوم خطوط القوة الكهربائية
- قواعد رسم أنماط القوة الكهربائية
- خصائص خطوط القوة الكهربائية
ما هي خطوط القوة الكهربائية؟
نعلم أنّه عندما يتم وضع شحنة وحدة أو شحنة نقطية في المجال الكهربائي لجسيم مشحون آخر، فإنّها ستواجه قوة، يمكن تمثيل اتجاه هذه القوة بالخطوط التخيلية، تسمّى هذه الخطوط الوهمية “خطوط القوة الكهربائية”، تسمّى خطوط القوة الكهربائية أيضًا “بخطوط المجال الكهربائي“، قدم “مايكل فاراداي” مفهوم خطوط القوى الكهربائية في عام (1837).
لتحديد اتجاه خطوط القوة الكهربائية للشحنة الموجبة والسالبة، بالنسبة للشحنة الموجبة، تتحرك خطوط القوة الكهربائية بعيدًا عن مركز الشحنة، لكن في حالة الشحنة السالبة، تتحرك خطوط القوة الكهربائية باتجاه مركز الشحنة، الشحنات المتعاكسة تتجاذب والشحنات المتشابهة تتنافر، إذا تم وضع شحنتين متعاكستين بالقرب من بعضهما البعض، فإنّها تنجذب لأنّ القوة الموجودة بينهما قوة تجاذب.
تعريف خطوط القوة الكهربائية:
خطوط المجال الكهربائي هي طريقة ممتازة لتصور المجال الكهربائي، يمكن وصف خطوط القوة الكهربائية بأنّها طريقة أو مسار، يمكن أن تكون مستقيمة أو منحنية بحيث يعطي المماس اتجاه شدة المجال الكهربائي عند تلك النقطة في أي نقطة.
شرح مفهوم خطوط القوة الكهربائية:
دعونا نفكر في شحنتين، أحدهما موجبة والأخرى سالبة، بالنسبة للشحنة الموجبة تتحرك خطوط القوة الكهربائية بعيدًا عن مركز الشحنة الموجبة وبالنسبة للشحنة السالبة تتحرك خطوط القوة الكهربائية باتجاه مركز الشحنة السالبة، إذا تمّ وضع هاتين الشحنتين المتعاكستين بالقرب من بعضهما البعض، فإنّ الشحنة الموجبة تتحرك في اتجاه خطوط القوة الكهربائية وتدخل في مجال كهربائي ذي شحنة سالبة.
هنا، يتم سحب الشحنة الموجبة نحو الشحنة السالبة لأنّ خطوط القوة الكهربائية للشحنة السالبة هي أيضًا في نفس الاتجاه، لذلك، يتم جذب الشحنتين المعاكستين، إذا تمّ وضع شحنتين موجبتين بالقرب من بعضهما البعض، فسيتم صدهما لأنّ القوة الموجودة بينهما هي قوة تنافر، دعونا نفكر في شحنتين موجبتين على سبيل المثال، بالنسبة لكل من الشحنات الموجبة، تتحرك خطوط القوة الكهربائية بعيدًا عن مركز الشحنات الموجبة.
إذا تمّ وضع هاتين الشحنتين الموجبتين بالقرب من بعضهما البعض، فستحاول كلتا الشحنتين التحرك في اتجاه خطوط القوة الكهربائية، ستحاول الشحنة الموجبة في الجانب الأيسر التحرك نحو الشحنة الموجبة على الجانب الأيمن، لكن خطوط القوة الكهربائية للشحنة الموجبة في الجانب الأيمن تعارض هذه الحركة، وبالمثل، فإنّ الشحنة الموجبة في الجانب الأيمن ستواجه أيضًا قوة معاكسة من الشحنة الموجبة في الجانب الأيسر، ومن ثمّ، فإنّ كلتا الشحنتين ستواجهان قوة طاردة من بعضهما البعض، وهي قوة التنافر.
إذا تمّ وضع شحنتين سالبتين بالقرب من بعضهما البعض، فسيتم صدهما أيضًا، لأنّ القوة الموجودة بينهما هي قوة تنافر، دعونا نفكر في شحنتين سلبيتين على سبيل المثال، بالنسبة لكل من الشحنات السالبة، تتحرك خطوط القوة الكهربائية نحو مركز الشحنات السالبة، إذا تمّ وضع هاتين الشحنتين السالبتين بالقرب من بعضهما البعض، فستحاول كلتا الشحنتين التحرك في اتجاه خطوط القوة الكهربائية.
ستواجه الشحنة السالبة في الجانب الأيسر قوة سحب من الشحنة السالبة في الجانب الأيمن، لكن خطوط القوة الكهربائية للجانب الأيسر ستسحب الشحنة السالبة في الاتجاه المعاكس، ومن ثمّ، فإنّه يتحرك بعيدًا عن الجانب الأيمن من الشحنة السالبة، بنفس الطريقة، ستحاول الشحنة السالبة في الجانب الأيمن الابتعاد عن الشحنة السالبة في الجانب الأيسر، لذلك، ستبتعد كلتا الشحنتين عن بعضهما البعض.
قواعد رسم أنماط القوة الكهربائية:
القاعدة الأولى:
هناك مجموعة متنوعة من الاتفاقيات والقواعد لرسم مثل هذه الأنماط لخطوط المجال الكهربائي، يتم إنشاء الاتفاقيات ببساطة من أجل أن تنقل أنماط خط المجال الكهربائي أكبر قدر من المعلومات حول طبيعة المجال الكهربائي المحيط بجسم مشحون، أحد الأساليب الشائعة هو إحاطة الأجسام المشحونة بمزيد من الخطوط، الأجسام ذات الشحنة الأكبر تخلق مجالات كهربائية أقوى، من خلال إحاطة جسم مشحون بمزيد من الخطوط، يمكن للمرء أن ينقل قوة المجال الكهربائي في الفضاء المحيط بجسم مشحون بواسطة كثافة الخط.
لا تكشف كثافة الخطوط المحيطة بأي جسم معين عن معلومات حول كمية الشحنة على شحنة المصدر فحسب، بل تكشف كثافة الخطوط في موقع معين في الفضاء عن المعلومات حول قوة المجال في ذلك الموقع، يتم رسم مقطعين عرضيين دائريين مختلفين على مسافات مختلفة من شحنة المصدر، تمثل هذه المقاطع العرضية مناطق من الفضاء أقرب وأبعد من شحنة المصدر.
تكون خطوط المجال أقرب لبعضها البعض في مناطق الفضاء الأقرب إلى الشحنة؛ وتنتشر على مسافة أبعد في مناطق الفضاء الأبعد عن الشحنة، استنادًا إلى الاتفاقية المتعلقة بكثافة الخط، قد يفسر المرء أنّ المجال الكهربائي يكون أكبر في المواقع الأقرب إلى سطح الشحنة وعلى الأقل في المواقع البعيدة عن سطح الشحنة، تكشف كثافة الخط في نمط خط المجال الكهربائي عن معلومات حول قوة أو حجم المجال الكهربائي.
القاعدة الثانية:
تتضمن القاعدة الثانية لرسم خطوط المجال الكهربائي رسم خطوط القوة بشكل عمودي على أسطح الأجسام في المواقع التي تتصل فيها الخطوط بأسطح الأجسام، على سطح كل من الأجسام ذات الشكل المتماثل وغير المنتظم، لا يوجد أبدًا مكون للقوة الكهربائية التي يتم توجيهها موازية للسطح.
يتم دائمًا توجيه القوة الكهربائية، وبالتالي المجال الكهربائي، بشكل عمودي على سطح الجسم، إذا كان هناك أي مكون للقوة موازٍ للسطح، فإنّ أي شحنة زائدة موجودة على سطح شحنة المصدر ستبدأ في التسارع، هذا من شأنه أن يؤدي إلى حدوث تيار كهربائي داخل الجسم؛ لا يتم ملاحظة ذلك أبدًا في الكهرباء الساكنة، بمجرد أن يغادر خط القوة سطح الجسم، فإنّه غالبًا ما يغير اتجاهه، يحدث هذا عند رسم خطوط المجال الكهربائي لشحنتين أو أكثر.
القاعدة الثالثة:
تتضمن القاعدة النهائية لرسم خطوط المجال الكهربائي تقاطع الخطوط، يجب ألا تتقاطع خطوط المجال الكهربائي أبدًا، هذا مهم بشكل خاص عند رسم خطوط المجال الكهربائي للحالات التي تنطوي على تكوين الشحنات، إذا تمّ السماح لخطوط المجال الكهربائي بعبور بعضها البعض في موقع معين، فقد تكون قادرًا على تخيل النتائج.
تكشف خطوط المجال الكهربائي معلومات حول اتجاه وقوة مجال كهربائي داخل منطقة ما من الفضاء، إذا تقاطعت الخطوط مع بعضها البعض في موقع معين، فيجب أن تكون هناك قيمتان مختلفتان بوضوح للمجال الكهربائي مع اتجاههما الفردي في ذلك الموقع المحدد، لا يمكن أن يكون هذا هو الحال، لكل مكان في الفضاء قوة مجاله الكهربائي واتجاهه المرتبط به، وبالتالي، لا يمكن للخطوط التي تمثل المجال أو القوة الكهربائية أن تتقاطع مع بعضها البعض في أي مكان معين في الفضاء.
خصائص خطوط القوة الكهربائية:
- تبدأ خطوط القوة الكهربائية بشحنة موجبة وتنتهي بشحنة سالبة.
- تدخل خطوط القوة الكهربائية دائمًا أو تغادر السطح المشحون بشكل طبيعي.
- لا يمكن أن تتقاطع خطوط القوة الكهربائية مع بعضها البعض.
- لا يمكن أن تمر خطوط القوة الكهربائية عبر موصل.
- عندما يتم وضع شحنتين متعاكستين بالقرب من بعضهما البعض، فإنّ خطوط القوة الكهربائية الموجودة بينهما ستصبح أقصر في الطول.
- عندما يتم وضع شحنتين متشابهتين بالقرب من بعضهما البعض، فإنّ خطوط القوة الكهربائية الموجودة بينهما سوف تتضخم في الطول.
