المجال الكهربائي هو ظاهرة تنشأ عن شحنة كهربائية وتؤثر على الفضاء المحيط بها، حيث لا تشعر بتأثير هذا المجال إلا الشحنات الكهربائية الأخرى. فعندما توجد شحنة كهربائية أخرى في المجال الكهربائي الناتج عن شحنة كهربائية، فإنها تشعر بتأثيره على شكل قوة كهربائية.
يمكن فهم تعريف المجال الكهربائي، كما هو موضح في المقال الخاص بالمجالات الكهربائية، ذهنياً، بل ويمكن تخيله أيضاً. ولتوضيح المجال الكهربائي، تُستخدم خطوط المجال الكهربائي. هذه الخطوط عبارة عن مجموعة من الخطوط المرسومة حول شحنة كهربائية للدلالة على وجودها. ولأنها تهدف إلى إثبات وجود المجال الكهربائي، توجد علاقة بين هذه الخطوط والمجال نفسه. بعبارة أخرى، يمكن توضيح مقدار واتجاه المجال الكهربائي من خلال رسم تخطيطي لخطوط المجال الكهربائي.
فيما يلي العلاقة بين اتجاه وقوة المجال الكهربائي وخطوط المجال الكهربائي:
أولايكون اتجاه المجال الكهربائي بعيدًا عن الشحنة الموجبة ونحو الشحنة السالبة. وبالتالي، يكون اتجاه خطوط المجال الكهربائي أيضًا بعيدًا عن الشحنة الموجبة ونحو الشحنة السالبة. إذا كانت شحنة موجبة قريبة من شحنة سالبة، فإن خطوط المجال الكهربائي تُصوَّر على أنها ممتدة من الشحنة الموجبة نحو الشحنة السالبة. وعلى العكس، إذا كانت شحنة موجبة قريبة من شحنة سالبة، فإن خطوط المجال الكهربائي تُصوَّر على أنها ممتدة من كل شحنة موجبة وبعيدًا عن بعضها البعض.
ثانيًا ، تُقاس شدة المجال الكهربائي بالمسافة بين خطوط المجال الكهربائي. فكلما تقاربت المسافة بين خطوط المجال الكهربائي، زادت شدة المجال الكهربائي، وكلما تباعدت المسافة بين خطوط المجال الكهربائي، قلت شدة المجال الكهربائي.
لماذا كلما تقاربت خطوط المجال الكهربائي، ازداد المجال الكهربائي قوة؟ لفهم ذلك، لنفترض أن شحنة موجبة تقع في مركز كرة، وأن خطوط المجال الكهربائي تشع للخارج في اتجاهات مختلفة، مخترقة سطح الكرة. إذا كان عدد خطوط المجال الكهربائي N ومساحة سطح الكرة 4πr²، فإن المجال الكهربائي الناتج يكون N.2 إذن، عدد الخطوط لكل وحدة مساحة أو كثافة الخطوط هو N/4πr2بناءً على هذه الصيغة، ولنفس قيمة N، إذا كانت قيمة r أصغر، فإن المسافة بين الخطوط تكون أقرب، وإذا كانت قيمة r أكبر، فإن المسافة بين الخطوط تكون أبعد. صيغة شدة المجال الكهربائي هي E = kq/r2 كما يُظهر ذلك أن شدة المجال الكهربائي تتناسب عكسياً مع مربع المسافة. فكلما صغرت قيمة r، زادت شدة المجال الكهربائي، والعكس صحيح.
بناءً على المراجعة السابقة، يمكن استنتاج أنه كلما صغرت قيمة r (أي كلما اقتربت من الشحنة)، زادت شدة المجال الكهربائي وتقاربت المسافة بين الخطوط. وعلى العكس، كلما كبر حجم r (أي كلما ابتعدت عن الشحنة)، قلت شدة المجال الكهربائي وتباعدت المسافة بين الخطوط.
ثالثًا ، يتناسب عدد خطوط المجال الكهربائي طرديًا مع شدة المجال الكهربائي. فكلما زاد عدد خطوط المجال الكهربائي، زادت شدة المجال الكهربائي. وكلما قل عدد خطوط المجال الكهربائي، قلت شدة المجال الكهربائي.
مثال على المشكلات
1. أسئلة امتحان الفيزياء الوطني لطلاب المرحلة الثانوية 2012/2013، الفصل الدراسي 55، رقم 28
من الصورة التالية للشحنات، والتي توضح خطوط القوة المؤثرة على شحنتين متقاربتين...
مناقشة
تُرسم خطوط المجال الكهربائي، أو خطوط القوة، من شحنة موجبة باتجاه شحنة سالبة. إذا تم تقريب شحنة موجبة وشحنة سالبة من بعضهما البعض، فإن خطوط القوة تظهر كما في الإجابة أ.
الإجابة الصحيحة هي أ.
2. أسئلة امتحان الفيزياء الوطني لطلاب المرحلة الثانوية 2012/2013، الفصل الدراسي 60، رقم 28
يتم تقريب شحنتين كهربائيتين من بعضهما البعض في خط متصل، مما ينتج عنه خطوط مجال كهربائي. الصورة الصحيحة هي...
مناقشة
الإجابة الصحيحة هي د.
3. أسئلة امتحان الفيزياء الوطني لطلاب المرحلة الثانوية 2012/2013، الفصل الدراسي 65، رقم 28
خطوط القوة الصحيحة بين شحنتين هي...
مناقشة
الإجابة الصحيحة هي د.
