میدان الکتریکی و شدت میدان الکتریکی

بررسی میدان الکتریکی و شدت میدان الکتریکی می‌تواند در رابطه با نیرویی که ذرات به اطراف خود اعمال می‌کنند، دید مناسبی را ایجاد کند. در مقاله‌ای که در رابطه با قانون کولن صحبت کردیم، بیان شد که بارهای الکتریکی به یکدیگر نیرو وارد می‌کنند. مفاهیم میدان الکتریکی و شدت میدان الکتریکی برای بیان و تشریح این نیرو به کار برده می‌شوند.

میدان چیست؟

در علم فیزیک برای میدان‌های مختلف تعریف‌های متفاوتی ارائه می‌شود. اما به طور کلی برای میدان می‌توان یک تعریف کلی و جامع را به صورت زیر ارائه کرد:

“میدان بیانگر موقعیتی در مکان-زمان است که در آن‌ کمیتی فیزیکی را به هر یک از نقاط مکان-زمان نسبت داده باشیم.”

البته معمولا گستره که میدان تاثیر می‌گذارد و انتشار می‌یابد را تا بی نهایت می‌دانند؛ اما به علت فاصله زیاد، این تاثیر بسیار بسیار ناچیز و نامشخص است. این گستره و تاثیر میدان بر اطراف را اگر در طول زمان بررسی کنیم متوجه می‌شویم که یا به صورت ایستا و ثابت خواهد بود یا در طول زمان تغییر خواهد کرد.

فرض کنید می‌خواهیم دمای یک اتاق را بررسی کنیم؛ توسط یک دماسنج دمای هر نقطه از اتاق را اندازه می‌گیریم و سپس این توزیع دما در اتاق را بصورت یک رابطه ریاضی یا یک نمودار نشان می‌دهیم. این توزیع دمایی در اتاق را میدان دما می‌گوییم. اگر دما در طول زمان تغییر نکند، این میدان را ایستا می‌گویند و در صورت تغییر در طول زمان، آن را میدان متغیر با زمان می‌نامند.

میدان الکتریکی و شدت میدان الکتریکی

همانطور که از نام میدان الکتریکی مشخص است و با توجه به تعریف میدان، ما دنبال تاثیر نیروی الکتریکی در یک موقعیت مکان-زمان هستیم. برای بررسی میدان الکتریکی و شدت میدان الکتریکی ابتدا بهتر است مفهوم میدان الکتریکی را بیان کنیم و بعد شدت آن را مورد بررسی قرار دهیم:

میدان الکتریکی

میدان الکتریکی در واقع خاصیتی است که در اطراف بارهای الکتریکی وجود دارد و باعث می‌شود به بارهای الکتریکی موجود در اطراف خود نیرو وارد کند. یعنی این خاصیت، یک واسطه‌ی موجود برای اعمال نیرو توسط بارها به یکدیگر است. به بیان دیگر، بارها در اطراف خود یک میدان الکتریکی ایجاد می‌کنند و هرگاه بار دیگری در این ناحیه قرار گیرد، به آن نیرو وارد می‌شود.

خطوط نیرو

برای نمایش دادن این میدان، از خطوط شعاعی استفاده می‌شود. این خطوط نیرو جهت میدان الکتریکی در هر نقطه را نشان می‌دهند. جهت خطوط میدان طبق قرارداد، از بار مثبت به بار منفی است. یعنی میدان برای یک بار مثبت خارج شونده و برای بار منفی وارد شونده است. تصاویر زیر به خوبی این موضوع را بیان می‌کند.

همانطور که در تصویر مشاهده می‌شود و قبلا اشاره شد، گستردگی خطوط میدان در بی نهایت را می‌توان برای میدان الکتریکی متصور بود اما به علت فاصله زیاد تاثیر آن بسیار ناچیز و نامشخص است.

شدت میدان الکتریکی

میدان الکتریکی و شدت میدان الکتریکی ناشی از آن بستگی به توزیع بار الکتریکی دارد. به عنوان مثال میدان الکتریکی و شدت میدان الکتریکی اطراف یک بار الکتریکی نقطه‌ای با میدان الکتریکی و شدت میدان الکتریکی اطراف یک حلقه سیم مسی متفاوت است.

شدت میدان الکتریکی برای یک بار نقطه‌ای در واقع مقدار نیروی کولنی وارد بر واحد بار الکتریکی است. به عبارت دیگر، اگر یک بار الکتریکی که مقدار آن برابر با یک است را در میدان الکتریکی قرار دهیم، مقدار نیرویی که بر آن اعمال می‌شود، همان شدت میدان الکتریکی است.

شدت میدن الکتریکی را با حرف E نمایش می‌دهند و واحد آن برابر با نیوتن بر کولن (N/C) است. برای به دست آوردن این مقدار این فرمول را داریم:

E = F / q

F : نیروی کولنی بر حسب نیوتن (N)

q : بار الکتریکی بر حسب کولن (C)